DE750440C - Antriebsanlage fuer Fahrzeuge und Maschinen mit Freiflugkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

• .Antriebsanlage für Fahrzeuge und Maschinen mit Freiflugkolbenbrennkraftmaschine Neben mechanischen Kraftübertragungsarten sind auch Triebwerke bekannt, bei denen die Arbeit von der Antriebsmaschine zur leistungsverbrauchenden Stelle hydraulisch oder pneumatisch stufenlos regelbar übertragen wird. Bekannt sind - beispielsweise Triebwerke, bei denen eine Kolbenbrennkraftmaschine einen Kompressor antreibt, der Druckluft für einen nachgeschalteten Preß= luftmotor liefert, oder Freiflugkolbenbrennkraftmaschinen, die ebenfalls -Druckgas für eine das Drehmoment abgebende Sekundärmaschine erzeugen.
• Derartige Antriebe, die eine Verkupplung von Brennkraftmaschine und . Kompressor vornehmen, habenden Nachteil, daß sie einen großen Platzbedarf bedingen. Wesentlich weniger Raum beanspruchen dagegen kurbelwellenlose, also Freiflugkolbenverdichter. Zur Übertragung großer -Kräfte sind jedoch auch bei Anwendung letztgenannter Freiflugkolbenverdickter verhältnismäßig große Primär- und Sekundärmaschinen d. h. Antriebs- und Arbeitsmaschinen erforderlich. Die Antriebsanlage, hauptsächlich der sekundäre Teil der Anlage, nimmt jedoch wesentlich kleinere Ausmaße an, wenn an Stelle des Gases (Luft) als Arbeitsmittel eine Flüssigkeit, beispielsweise Öl, verwendet wird.
• Die Eigenart von Gas oder Luft verdichtender Freiflugkolbenverdichter liegt jedoch darin, daß sich im Verdichterzylinder beim Arbeitshub des Kolbens kurz vor der untersten Totpunktlage ein Luftkissen bildet, das Verdichter- und Motorenkolben in die obere Totpunktlage zurückschleudert. Ein derartiger Vorgang kann jedoch infolge der geringen Kompressibilität der zu verdichtenden Flüssigkeit bei Antriebsanlagen, die als Arbeitsmittel -eine Flüssigkeit verwenden, -nicht erreicht werden. Es ist deshalb erforderlich und ist auch bekannt, den Kolben durch eine Hilfseinrichtung, beispielsweise Exzenterwelle od. dgl., die einen Ölstoß erzeugt, oder durch eine auf den Kolben wirkende Feder in die obere Totpunktlage zurückzubringen.
• Im folgenden wird ein stufenlos regelbarer Antrieb für Maschinen und Fahrzeuge behandelt, bei dem erfindungsgemäß eine Freiflugkolbenbrennkraftmaschine eine Flüssigkeitspumpe antreibt, welche das Arbeitsmittel liefert, mittels dessen die Arbeitsmaschine angetrieben wird, die ihrerseits dann die Maschine oder das Fahrzeug antreibt.
• Zum Antrieb der Maschine oder des Fahrzeuges kann beispielsweise eine Arbeitsmaschine verwendet werden, die nach Art der Rootsgebläse oder Zahnradpumpen ausgebildet ist, wobei jedoch beide Ausführungsformen in umgekehrtem Sinne arbeiten.
• Da Flüssigkeitsgetriebe nach Art der Rootsgebläse und auch Zähnradpumpen unter Umständen verhältnismäßig große Baulängen oder große Raddurchmesser benötigen, um genügend hydraulische Leistung in mechanische Leistung umzuwandeln, kann ein solches Zahnrad- bzw. RootsflügeIradflüssigkeitsgetriebe je nach den Erfordernissen durch wahlweise Konstruktion mit einem, zwei oder mehreren Eingriffen in länglicher Form oder kurz und gedrungen gebaut werden. Die Bauweise mit zwei oder mehreren Eingriffen hat noch den Vorzug, daß gewisse Ungleichförmigkeiten des abgegebenen Drehmoments besser ausgeglichen werden können.
• Da durch Eingriffsungenauigkeiten und Ungleichmäßigkeiten bei der Abwicklung der Verzahnung der Zahnräder bzw. Rootsflügelräder Ungleichförmigkeiten des abgegebenen Drehmoments entstehen, ist es vorteilhaft, z. B. bei Doppeleingriffen (mit drei Zahnrädern), die beiden Eingriffe so zu legen, daß sie nicht gleichzeitig erfolgen, sondern zeitlich versetzt sind. Hat beispielsweise das mittlere Zahnrad gerade Zähnezahl, so werden die beiden kämmenden Zahnräder so um die Achse des Mittelrades zueinander versetzt, daß das Drehmomentmaximum des einen Eingriffs mit dem Drehmomentmin.imum des anderen Eingriffs zusammenfällt (Abb. 3 a). An Stelle der Versetzung der Zahnradlage kann eine zeitliche Versetzung der Eingriffe bei beispielsweise um r8o° gegeneinander versetzt angeordneten Zahnrädern durch eine ungerade .Zähnezahl des Mittelrades erreicht werden.
• Bei schnellen Hubbewegungen der Flüssigkeitskolbenpumpe kann es beim Saughub vorkommen, daß der Strom des Arbeitsmittels namentlich an Leitungsstellen mit hohem Strömungswiderstand, z. B. an Ventilen u. dgl., abreißt, da die wirksamen Kräfte zum Beschleunigen der Flüssigkeits- und Ventilmassen meist unterhalb des Druckes von r ata liegen. Reißt der Flüssigkeitsstrom beim Saughub ab, so sinkt der volumetrische Wirkungsgrad und somit die Fördermenge der Pumpe ab. Dieser Mangel -wird bei der vorliegenden Anlage dadurch behoben, daß der ganze Flüssigkeitskreislauf eingeschlossen. ist, d. h. mit der Außenluft keine Verbindung hat. Wird beispielsweise als Pumpflüssigkeit Öl verwendet und dies mittels der Pumpe in schnellen Umlauf versetzt, so wird sich dieses infolge des wirkungsgradbedingten Leistungsverlustes von Flüssigkeitspumpe und Arbeitsmaschine erwärmen und bei geschlossenem Kreislauf einen Druckanstieg erzeugen. Dieser Umstand wird noch begünstigt, wenn bei sehr hohen Öltemperaturen die leicht flüchtigen Bestandteile des Öles hauptsächlich beim Saughub verdampfen (Ölschaumbildung) und somit den Druckanstieg noch weiter steigern. Durch diese Druckerhöhung wird beim Saughub eine größere Druckdifferenz die Flüssigkeits- und Ventilbeschleunigung bewirken, was eine bessere Füllung des Pumpenzylinders mit sich bringt.
• Besonders einfach kann die Schmierung der Zweitaktbrennkraftmaschine durch Verwendung des zwischen Pumpenzylinder und Pumpenkolben austretenden Lecköls erfolgen.
• Wird eine solche Antriebsanlage so aufgebaut, daß Antriebs- und Arbeitsmaschine einen in sich geschlossenen selbständigen Maschinensatz bilden, so kann ein solcher Maschinensatz leicht als Anlaßgerät für große Brennkraftmaschinen verwendet werden, beispielsweise für Fahrzeug- und Flugmotoren. Gerade ein solcher Flugkolbenmotoranlasser zeichnet sich im Vergleich zu anderen Motoranlassern, wie sie beispielsweise heute zum Anlassen von Flugmotoren gebräuchlich sind, durch kleine und gedrungene Bauweise aus, was- bei allen Geräten, welche am Motorgeräteträger befestigt werden, von großem Vorteil ist.
• In den Zeichnungen zeigt die Abb. i eine Anlage mit Freiflugkolbenflüssigkeitspumpe i als pTimäre Antriebsmaschine und eine Röotsflügelmaschine 2 als sekundäre Arbeitsmaschine in schematischer Darstellung. Die im Kompressionsraum 3 bei der Verbrennung des Kraftstoffes frei werdende-Wärmeenergie wird in Form- von mechanischer Arbeit auf die Motorkolben q. übertragen.-: Diese; den Motorkolben mitgeteilte Energie wird über die an diesen befestigten Pumpenkolben 5 auf das ,Arbeitsmittel, z.. B. .Öl, übertragen. Diesesunter Druck stehende Arbeitsmittel gelangt über ein Leitungssystem zur drehmomentabgebenden Arbeitsmaschine. Statt einer RootAsmaschine mit zwei Flügelpaaren können auch solche mit mehreren Flügeln verwendet werden. Die Zahl der Flügel kann so- weit erhöht werden, daß der Aufbau einer Zahnradpumpe gleichkommt, welche wie die Rootsmaschine bei Zufuhr eines Druckmittels infolge der Druckdifferenz an den Zahnflanken in Drehung versetzt wird und die Arbeit in mechanischer Form abgibt.
• Für kleinere Maschinen und Geräte und wenn freie Massenkräfte nicht störend empfunden werden, kann statt zwei gegenläufigen Kolben auch nur ein Kolbensatzmotor und Pumpenkolbenmotor eingebaut werden. Die Abb. z zeigt ein derartig einseitiges Freikolbenpumpgerät.
• Eine stufenlose Übersetzungsregulierung erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß mit Hilfe eines elastischen Gliedes, z. B. des gefederten Regelkolbens 6, der Druck' und die Fördermenge des Arbeitsmittels verändert wird. Der Regelkolben 6 wird bei jedem Hub des Pumpenkolbens je nach der Belastung durch die Regelfeder r mehr oder weniger in seinen Zylinder 8 von der Druckflüssigkeit zurüclrgedrängt und dadurch mehr oder weniger von dieser Druckflüssigkeit (Arbeitsmittel) aufschlucken. Diese im Regelzylinder, & aufgespeicherte Druckflüssigkeit wird beim nächsten Saughub des Pumpenkolbens wieder von dein federbelasteten Regelkolben aus dem Regelzylinder in den Pumpenzylinder zurück-_ gedrängt. Durch dieses Zurückweichen des Regelkolbens wird die Fördermenge der Pumpe-je nach Belastung der Arbeitsmaschine und der Vorspannung der Regelfeder herabgesetzt. -_ Diese Art der belastungsabhängigen Übersetzungsregulierung tritt bei Fahrzeugen angenehm in Erscheinung. Setzt das angetriebene Fahrzeug aus irgendeinem Grund; z. B. bei Steigungen, dem Antrieb-. einen größeren Widerstand entgegen, so steigt 'bei gleichbleibender Hubzahl der Pumpe der Flüssigkeitsdruck durch die kleinere Flüssigkeitsentnahme der langsamer werdenden Arbeitsmaschine. Durch diesen Druckanstieg wird der Regelkolben 6 stärker belastet und dadurch mehr zurückgedrängt, wodurch- sich eine kleinere Fördermenge der Pumpe und somit automatisch eine größere Übersetzung zwischen- Antriebsmaschine und Arbeitsmaschine einstellt.
• Um die Druckwellen im Arbeitsmittel, welche durch die einzelnen - Pumpenhübe hervorgerufen werden, etwas auszugleichen, kann ein Windkessel in bekannter Weise in den Flüssigkeitskreislauf eingeschaltet werden.
• Da das sonst bei Freikolbenkompressö-ren übliche Anlassen mittels Preßluft.hier nicht ohne weiteres möglich ist, werden Freiflugkolbenflüssigkeitspumpen erfindungsgemäß mit einem Elektromagneten angelassen, dessen Wicklung 9 um den Pumpenzylinder gelegt und dessen Anker der Pumpenkolben ist. Der Magnetwicklung wird der Magnetstrom in einzelnen Stromstößen zugeführt, wodurch zusammen mit der Rückwurffeder eine Hinundherbewegung des Kolbensatzes erzielt wird.

Claims (7)

1. PATENTANSPRUC$E: i. Stufenlos regelbarer Antrieb für Maschinen und Fahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, da,ß eine Freiflugkolbenbrennkraftmaschine eine Flüssigkeitspumpe antreibt, welche das Arbeitsmittel liefert, mittels dessen die Arbeitsmaschine angetrieben wird, die ihrerseits dann die Maschine oder das Fahrzeug antreibt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsmaschine eine im umgekehrten Sinne arbeitende Drehflügelmaschine verwendet wird, die beispielsweise eine Zahnradpumpe oder eine nach Art -der Rootsgebläse ausgebildete Maschine ist.
3. 3. Einrichtung nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich - der bei der Abwicklung der Rootsflügel oder Zahnräder auftretenden Drehmomentsschwankungen zwei oder mehrere Flügel- oder-Zahnradeingriffe so versetzt sind (a), däß das Drehmomentmaximum des einen Eingriffs mit dem Drehmomentmnimum des anderen Eingriffs zeitlich zusammenfällt.
4. 4.. Antriebsanlage nach den Ansprüchen i bis 3, 'dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitspumpe (i) mit der Arbeitsmaschine (2) durch einen geschlossenen Flüssigkeitskreislauf verbunden ist.
5. 5. Antriebsanlage nach den Ansprüchen i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung des Flüssigkeitsdruckes oder der Fördermenge ein elastisches Glied, beispielsweise ein federbelasteter Kolben (6) oder eine federbelastete Membran, so in den Flüssigkeitskreislauf eingeschaltet ist, daß je nach der Vorspannung dieses elastische Glied ($, 7) bei jedem Pumpenhub durch den Flüssigkeitsdruck mehr oder weniger zurückgedrängt und dadurch die Fördermenge der Pumpe herabgesetzt wird.
6. 6. Antriebsanlage nach den Ansprüchen z bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierung des Motorkolbens (4) durch das zwischen Pumpenkolben (5) und Pumpenzylinder durchtretende Lecköl erfolgt.
7. 7. Antriebsanlage nach den Ansprüchen i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anlassen der Antriebsmaschine um den Pumpenzylinder eine Magnetwicklung (9) gelegt ist, die zusammen mit dem Pumpenkolben als Anker eine elektromagnetische Anlaßeinrichtung darstellt, die bei Durchfluß- von elektrischen Stromstößen den Pumpenkolben im Rhythmus der Stromstöße anzieht und somit Pumpen- und Motorkolben zum Anlassen hin und her bewegt. B. Antriebsanlage nach den Ansprüchen i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage nicht nur zum Fahrzeugantrieb, sondern auch als Anlasser für Brennkraftmaschinen zu verwenden ist. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand -der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften Nr. 395 07z, 42o 266, 632 524, 639 863, 6-56:286, 709 551; britische Patentschriften Nr. 313:234 345667.