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Vorrichtung zur Erzeugung einer rotierenden Bewegung von einer Krafterzeugungsanlage
aus mit hin und her gehenden Kolben Bei Vorhandensein einer Krafterzeugungsanlage
mit hin und her gehenden Kolben wird zur Umwandlung der hin und her gehenden Bewegung
in die Drehbewegung der Abtriebswelle üblicherweise eine ein- oder mehrfach gekröpfte
Kurbelwelk benutzt und die Drehung der Abtriebswelle, sofern diese eine Zwischenabtriebswelle
ist, durch Zahnräder, Riemen-, Seiltriebe od. dgl. auf die EndabtrielJswelle übergeleitet.
Auch sindTaumelscheibengetriebe für diesen Zweck bekannt, welche grunclsätzlich
ähnlich arbeiten.
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Bekannt sind auch Anordnungen, bei denen die mechanische Energie in
elektrische und diese wieder in mechanische verwandelt wird. Wenn hier auch eine
gute Regelbarkeit vorhanden ist, so ist doch das Gewicht der Anlage so hoch, daß
die Anwendbarkeit nur sehr bedingt ist, auch ist durch die Energieumwandlungsverluste
der Wirkungsgrad stark beeinträchtigt.
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Es sind ferner Anordnungen bekannt, bei denen zur Verwirklichung von
Fernübertragungen mechanischer Leistung ein hydraulisches übertragungssystem zur
_",nwenduttg kommt in der Form, dar die rotierende Bewegung der Abtriebswell-e-
einer Kraftmaschine, z. B. Kurbelwelle, zunächst in hin und her gehende Bewegung
von Pumpenkolben umgewandelt und über mitschwingende Flüssigkeitssäulen auf ein
weiteres Kolbensystem zwecks Wiederumsetzung in Drehbewegung übertragen wird. Die
Zweckmäßigkeit einer solchen Übertragungsform tritt am deutlichsten dort in 13rscheinung,
wo eine übertragung mittels mechanischer
Einrichtungen, wie Wellen
u. d g1. die Bedingungen an einen willkürlich wählbaren oder an räumliche Verhältnisse
gebundenen Aufstellungsort der Kraftentnalunestelle nicht erfüllen. kann.
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Während mittels einer solchen Einrichtung, besonders mit mehreren
in Phase gegeneinander verschoben arbeitenden Flüssigkeitssäulen eine kraftschlüssige
Kupplung zwischen räumlich getrennten An- und Abtriebsstellen erzielt wird, so kann
doch diese Übertragungsform in ihrer Wirkung nur die Funktionen einer starren Welle
übernehmen, d. h. Steuerung, Drehzahlüber- bzw. -untersetzungen sowie Verzweigungen
auf mehrere Abtriebe erfordern nach wie vor Kupplungen: und Getriebe.
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Wird ein Verbrennungsmotor mit Kolbentrieb als Kraftmaschine benutzt,
was insbesondere im Fahrzeugbau der Fall ist, so erscheint der Umweg über die Drehbewegung
der Kurbelwelle zur hin und her gehenden Bewegung der Pumpenkolben insofern der
Zielsetzung für eine möglichst geradlinige und damit verlustarme Übertragung' entgegenzustehen,
als die Kolben des Verbrennungsmotors als Primärelement bereits die lin @iM:her
gehende Bewegung zur Schwingung der Flüssigkeitssäulen ergeben, d. h. die Kolben
können unmittelbar zugleich als Pumpenkolben ausgebildet oder durch geeignete Zwischenelemente,
z. B. Stangen mit besonderen Pumpenkolben, geradlinig gekuppelt sein. Eine eventuell
notwendige Kurbelwelle wird dann Hilfsorgan und dient neben der Führung der Kolben
zum Antrieb der Ein- und Auslaßsteuerung, Zündung, Kühlgebläse, Lader u. dgl.
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Die vorliegende Erfindung -betrifft. nun eine Anordnung zur Umwandelung
der hin und her gehenden Bewegung der Kolben einer Krafterzeugungsanlage in die
'rotierende Bewegung einer Endabtriebswelle, wobei das an sich bekannte System der
schwingenden Flüssigkeitssäulen nur so weit in Betracht kommt, als an der Sekundärseite
ein durch die Wechselimpulse der Flüssigkeitssäulen getriebener hydraulischer Kolbenmotor
der Endabtriebswelle eine Drehbewegung erteilt, während auf derPrimärseite ein mit
den Kolben der Verbrennungsmaschine in geradlinigem Kraftschluß gekuppeltes hydraulisches
Kolbensystem die Wechselimpulse der Flüssigkeitssäulen erzeugt.
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Die Erfindung :bezieht sich außerdem im Rahmen dieser - Übertragungsform
auf folgende Einrichtungen: Durch besonders absperrbare Leitungen ist dafür Sorge
getragen, daß eine Drosselung der Abtriebsbewegung nach Maßgabe des jeweils erforderlichen
Betriebszustandes an der Endabtriebswelle wahlweise einstellbar, bis zu deren Blockierung
(Brenxsung) herbeiführbar, und nach Wunsch eine Freilaufbewegung einschaltbar ist.
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Den -durch die vorstehend erwähnten Umschaltorgane herbeiführbaren
Betriebszuständen der Endabtriebswelle, also Vorwärtslauf, Leerlauf, Blokkierung
(Bremsung), Rückwärtslauf, kommt eine wesentlich größere. Bedeutung zu,, wenn ihre
Übergänge nicht in Stufen einstellbar, sondern - durch Einschaltung einer besonderen
Windkesselanordnung ein sanfter Übergang von Leerlauf auf Vor-oder Rückwärtslauf
oder die Blockierung, z. B. für Bremszwecke, entsprechend der erforderlichen Bremsintensität
geregelt werden kann.
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Des weiteren geht der Erfindungsgedanke dahin, Abzweigungen zu mehreren
Endabtriebsstellen unmittelbar an den Druckleitungen abzunehmen, oder auch das Verhältnis
von Hub zu Kolbendurcbmesser unter Einhaltung der Hubvolumina unabhängig zum Hub-
und Kolbendurchmesser des Pumpenteils zu ändern, was in vielen Fällen wichtig sein
kann. Die durch den verschiedenartigen Kurbeltrieb auftretenden kleinen Differenzen,
können durch die erwähnten Zwischenglieder, wie z. B. Windkesselanordnungen, ausgeglichen
werden.
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Wie nachstehend erläutert, kann durch eine entsprechend: gewählte
Zylinderzahl an der Abtri-ebsseite des eine Änderung der Drehzahl des End@abtriebles
erzielt werden, die bei einer.Anordnung mit beispielsweise drei Strängen das Verhältnis
2 : i, 3 : i, 4 : i, 6 : i betragen kann. .DurchUdie'sz:Anord@nung in Verbindung
mit den obenerwähuten regelbaren Betriebszuständen Vorwärtslauf, Leerlauf, Blockierung
(Bremsung), Rückwärtslauf, sind, die Bedingungen für ein Fahrzeugtriebwerk auf einfache
Weise gelöst, wobei beispielsweise die einzelnen abgezweigten Endabtriebsstellen-die
Einzelantriebe für die Radsätze eines Fahrzeuges finit Mehr- oder Allradantrieb
bedeuten.
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In den, Figuren ist eine der möglichen Ausführungsformen der Erfindung
,als Beispiel schema= tisch dargestellt, und zwar zeigt Fig, z in senkrechtem .
Längsschnitt die Krafterzeugungsanlage, Fig.2 teilweise in Außenansicht, teilweise
in senkrechtem Längsschnitt die gesamte Anlage einschließlich Abtriebswelle.
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Bei .der zur Erläuterung des Erfindungsgedankens dienenden Ausführungsform
sind drei Zylinder i, 2 und. 3 vorgesehen, die einer üblichen Brennkraftmaschine
zugehören und durch die Einlaßventile 4. bzw. die Auslaßventile 5 in der bekannten
Form gesteuert werden. Etwa noch vorhandene Zündkerzen oder Brennstoffeinspritzpumpen
sind der Einfachheit halber fortgelassen.
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In den Zylindern i, 2 und 3 laufen Kolben 6, ; und 8 mit der üblichen
Phasenversetzung, und jeder dieser Kolben trägt eine Kolbenstange 9 bzw. io bzw:
ii mit daran befindliche Druckkolben 12 bzw 13 bzw.- 14, welche in weiteren
Zylindern 15 bzw. 116 bzw. 17 laufen.
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Von den Zylindern 15, 16, 17 führen Druckleitungen 18, i9 und
2o über später zu erläuternde Absperrorgane usw. hinweg zu weiteren Zylindern 2i;
22, 23, in welchen Kolben laufen, deren Kolbenstangen 24, 25 und 26 an, die Kröpfungen
der En:dabtriebswellen 27 angeschlossen sind. Werden die Kolben 6, 7, 8 durch die
Verbrennung von Gasgemischen in hin und her gehende Bewegung versetzt, wobei die
Kröpfungen -der Endabtriebswelle 27 über die Kolbenstangen 24, 25, 26 und die Leitungen-i8,
.i9, 2o hinweg die übliche im Motor
gelagerte Kurbelw.2lle er:c@en,
so werden mit Hilfe der durch die Kolben 12, 13 und 14 in schwingende Bewegung versetzten
Flüssigkeitssäulen in den Rohren 18, 1g, 20,die Kolbenstangen 24, 25, 26 in hin
und her gehende Bewegung gesetzt, und diese Verschiebung derKolbenstangen wird durch
irgendein bekanntes Mittel, im vorliegenden Fall z. B. durch die Kröpfungen der
Endabtriebswelle 27 umgewandelt.
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Die in den Zylindern 21, 22, 23 laufenden Kolben nebst Kolbenstangen
und - Kröpfungen der Endabtriebswelle, oder äquivalente Elemente, bilden das Umwandlungsgetriebe
der Anlage; die Kolbe.i 6, 7, 8 sind die Krafterzeugungsanlage, und die Kolben 12,
13, 14 nebst den in den Rohrleitungen 18, 1g, 20 schwingenden Flüssigkeitssäulen
stellen die Übertragungsvorrichtung dar.
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Da die Verlegung der Leitungen 18, ig, 2o von Richtungsänderungen
jederArt unabhängig ist, läßt sich auf diese Weise die in den Zylindern 1, 2, 3
erzeugte Arbeit in einfachster Weise an andere Stellen übertragen, z. B. auf die
Räder eines mehrräderigen Kraftfahrzeuges, so daß eine Anordnung dieser Art, z.
B. zur Schaffung eines Einzelradantriebes, .besonders geeeignet ist. Sie ist den
schwierigsten räumlichen Verhältnissen sehr viel leichter anpaßbar als jede Kupplung
mit Hilfe von Zahnrädern, Riemen, Seilen, Gelenkstabketten od. dgl.
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Um die vorstehend in ihren Grundzügen geschilderte Anordnung z. B.
für den Antrieb der Räder eines Kraftfahrzeuges geeignet zu machen, empfiehlt sich
die Einschaltung noch einer Reihe weiterer Organe, wie am Hand der Fig. 2 erläutert.
Zunächst ist es zweckmäßig, die Leitungen 18, ig, 2o mit Windkesseln 28,
29, 30 zu verbinden und Absperrorgane 31, 32, 33 in die Leitungen 18, 1g
und 20 einzuschalten.
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Stehen diese Absperrorgane 31, 32 und 33 offen, so wird die in den
Zylindern 1, 2 und 3 erzeugte Arbeit voll auf das Umwandelungsgetriebe und damit
auf die Abtriebswelle 27 übertragen.
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Werden die Absperrorgane 31, 32, 33 völlig geschlossen, so ist das
Umwandelungsgetriebe 21, 22, 23 von der Krafterzeugungsanlage vollkommen getrennt,
d. h. die Flüssigkeitssäulen in den Leitungen 18, ig, 2o können nicht mehr nach
Maßgabe der Bewegung der Kolben 6, 7 und 8 schwingen, sondern bilden, da sie unzusammendrückbar
sind, Blockierungen für die in den Zylindern 21, 22, 23 laufenden Kolben und setzen
damit die Abtriebswelle 27 völlig fest. Falls auf der Abtriebswelle 27 die Räder
eines Kraftfahrzeuges angeordnet sind, sind diese bei der geschilderten Stellung
der Absperrorganc 31, 32, 33 vollkommen gegen eine Drehbewegung blockiert.
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Um nun die Krafterzeugungsanlage weiterlaufen lassen zu können, sind
mit den Absperrorganen 31, 32, 33 Hähne 34, 35, 36 gekuppelt, welche die Verbindung
des oberen Teils der Leitungen i8, ig, 2o mit den Windkesseln 2,8, 29, 30 freigeben
bzw. absperren. Sind die Hähne 31, 32, 33 vollständig geschlossen und die Hähne
34, 35, 36 vollständig geöffnet, so wird die gesamte in. der Krafterzeugungsanlagv
geleistete Arbeit umgewandelt in taktmäßig versetzte Kompression des Luftinhalts
der Windelsessel 28, 219, 30, so daß die Krafterzeugungsanlage trotz Blockierung
der Endabtriebswelle 27 als schwingendes System weiterlaufen kann. Zweckmäßig werden
die Hähne 34 bis 36 gleichzeitig mit der Gaszufuhrleitung zur Brennkraftmaschine
derart gekuppelt, daß in diesem Fall die Krafterzeugungsarnlagemit dem geringsten
Brennstoffverbrauch (Leerlauf) arbeitet.
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Durch teilweise Schließung der Absperrhähne 31, 32, 33 und entsprechende
teilweise öffnung der Hähne 34, 35, 36 kann zwischen der vollen Übertragung der
Arbeit der Krafterzeugungsanlage auf das Umwandelungsgetriebe einerseits und der
vollständigen Absperrung andererseits jeder beliebige Zwischenzustand kontinuierlich
herbeigeführt werden, so daß eine nach Schnelligkeit und Intensität regelbare Bremsung
der Abtriebswelle herbeiführbar ist. Diese Bremsung wirkt dem Grund nach ähnlich
wie die bekannte lllotorbremse, jedoch deshalberheblich stärker, weil eine vollständige
Blockierung der Abtriebswelle herbeiführbar ist und die kinetische Energie der im
Motor (Krafterzeugungsanlage) umlaufenden Massen, welche bisher die Wirkung der
Motorbremse herabsetzt, völlig ausgeschaltet ist.
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Die Hähne 31, 32, 33 einerseits und 34, 35. 36 andererseits können
bei der praktischen Ausführung der Anlage zu jeweils: einheitlichen Organen zusammengefaßt
werden, z. B. entsprechend gestalteten Mehrwegehähnen. In der Zeichnung sind sie
nur der Deutlichkeit halber als getrennte Organe dargestellt.
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Weiterhin empfiehlt es sich, die Windkessel 28, 29, 3o durch eine
Ringleitung 37 und entsprechende Stichleitungen 38, 39 und 4o miteinander
zu verbinden und an den Verbindungsstellen zwischen der Ringleitung und den Stichleitungen
Überdruckventile 41, 42, 43 anzuordnen. Hierdurch wird die Möglichkeit gegeben,
aus Betriebsunregelmäßigkeiten etwa resultierende, übermäßig hohe Einzeldrücke auf
alle Übertragungsleitungen zu verteilen und dadurch Überbeanspruchungen auszugleichen
bzw. wasserschlagartig wirkende Stöße zu vermeiden oder auf ein unschädliches Maß
herabzusetzen.
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Zwischen den Absperrorganen: 31, 32, 33 einerseits und den Elementen
21, 22,-23 des Umwandelungsgetriebes andererseits werden zweckmäßig weitere Windkessel
ad., .I5, 46 angeordnet, die durch Hähne 47, 48, 4g mit den. Leitungen 18,
19, 20 verbindbar bzw. von den genannten Leitungen absperrbar sind. Werden
bei Schließung der Hähne 31, 32, 33 die Hähne 47, 48, 49 geöffnet, so können die
Flüssigkeitssäulen, welche auf den Kolben der Elemente 2142,23 des Umwandelungsgetriebes
lasten, zwischen ,deren Oberflächen und den. Windkesselräumen ihrerseits frei pendeln,
so daß die in den Rädern aufgespeicherte kinetische Energie bzw. die kinetische
Energie des Fahrzeuges selbst, welche sich infolge der Reibung der Räder an der
Fahrbahn
auf die Welke 27 überträgt und die Kolben in den Zylindern
-21, o2,23 in hiri und her gehende Bewegung zu versetzen bestrebt ist, in Kompressionsarbeit
des Luftraumes der Windkessel 44, 45, 46 umgesetzt wird und hierdurch die Laufgeschwindigkeit
des Fahrzeuges nach Maßgabe der zu leistenden Kompressionsarbeit in den Windkessel
44, 4.5, 46 sanft und stoßfrei herabgesetzt wird. Zweckmäßig werden die Hähne 47,
48, 49 mit den Hähnen 31, 32, 33 bzw. -den Hähnen 34, 3-5, 36 schaltungsmäßig gekuppelt,
und zwar derart, daß bei Beginn der Schließung der Hähne 34 32, 33 die Hähne 47,
48, 49 sich zu öffnen beginnen:, zum Zweck der endgültigen Anhaltung des Fahrzeuges
jedoch die Hähne 47, 48, 49 so gestellt werden können, daß die Verbindung zwischen
den Leitungen 18, i9, 2o und den Windkesseln 44, 45, 46 unterbrochen ist. Zeitdauer
der Kupplung und zeitliche Versetzung der Schaltbewegung der erwähnten Hahngruppen
kann selbsttätig von :der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit gesteuert werden.
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Auch die Windkessel 44, 45, 46 werden zweckmäßig durch eine Ringleitung
5o und durch Stichleitungen mit Überdruckventilen miteinander gekuppelt, wie bei
Erläuterung der Bauweise der Windkessel 28, 29, 3o. ausgeführt.
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Zur weiteren Druckausgleichung können die an die gleichen Leitungen
angeschlossenen Windkessel 28 und 44. bzw.. 29@ und 45 bzw. 30 und 46 durch
Ausgleichsleitungen 51, 52, 53 miteinander gekuppelt sein, die in der Zeichnung
mit strichpunktierter Linie dargestellt sind.
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Vorstehend war eine Anlage erläutert, bei welcher .die Krafterzeugungsanlage
und das Umwandelungsgetriebe aus je .drei Elementen bestehen. Für das Wesen der
Erfindung ist es gleichgültig, ob diese Anzahl oder eine größere oder geringere
Anzahl von Einzelelementen vorgesehen: ist.
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Weiterhin kann eine Krafterzeu:gungsanlage zum Antrieb auch mehrerer
Uinwandelungsgetriebe Verwendung finden. Ist z. B. das Hubvolumen der Kolben 12,
13, 14 .doppelt so groß wie das Hubvolumen ,der in den Zylindern 21, 22, 23 laufenden
Kolben; so kann jeder der Kolben 12, 13, 14 zwei Elemente von Umwandelungsgetrieben
steuern, wobei die beiden Umwandelungsgetriebe räumlich voneinander getrennt seine
können; von den Umwandelungsgetrieben kann z. B, .das eine auf das linke Vorderrad,
das andere auf das rechte Vorderrad eines Kraftfahrzeuges wirken. Zu diesem Zweck
brauchen sich .die Leitungen i8, i9, 2o lediglich zu zwei Umwandelungsgetrieben
hin zu verzweigen, diese beiden Umwandelun.gsgetriebe laufen dann synchron, und
die Windkessel nebstAbsperrorganen können in den beiden Zweigleitungen gemeinsamen
Anfangsteilen der Leitungen 18, i9, 2o untergebracht sein, so daß sie nicht ebensooft
angeordnet zu werden brauchen wie die einzelnen Umwandelungsgetriebe für Einzelradantrieb.
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Auch .eine größere Anzahl von Umwandelungsgetrieben läßt sich von
einer einzigen Krafterzeugun@gsanlage aus antreiben, sofern das Hubvolumen der Kolben
12, 13, 14 entsprechend größer gewählt wird als das Hubvolumen der in den Zylindern
21, 22, 23 laufenden Kolben. Bei der vorstehend beschriebenen Vervielfachung der
Elemente des Umwand'elungsgetriebes gegenüber der Anzahl der Elemente der Krafterzeugungsanlage
ist die Drehzahl der Abtriebswelle die gleiche wie die Schwingungszahl .der Kolben
6, 7; 8 der Krafterzeugungsanlage.
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Esi läßt sich jedoch das vorstehend beschriebene Getriebe auch so
abändern., daß die Drehzahl der Abtriebswelle eine andere wird als die Schwingungszahl
:der Elemente der Krafterzeugungsanlage. Sind z. B. wiederum drei Zylinder 15, 16,
17, dagegen sechs Zylinder in dem Umavandelungsgetriebe vorhanden, wobei die Hubvolumina
jedes der Kolben 12, 13, 14 und; jedes der sechs Elemente des Umwandelungsgetriebes
gleich sind, so kann man den ersten Arbeitshub des Kolbens 12 der Krafterzeugungsanlage
auf das erste Element des Umwandelungsgetriebes, den zweiten Hub des Kolbens 12
auf das vierte Element des Umwandelungsgetriebes, den ersten Hub des Kolbens 13
auf das zweite Element des Umwandelungsgetriebes, den zweiten. Hub des Kolbens 13
auf das fünfte Element des Umwandelungsgetriebes und den ersten Hub .des Kolbens
14 auf das dritte Element des Umwandelungsgetriebes, den zweiten Hub des Kolbens
14 auf das sechste Element des Umwandelungsgetriebes wirken lassen und kann damit
von einer dreizylindrischen Krafterzeugungsanlage aus ein sechszylindrisches Umwandelungsgetriebe
mit der halben: Tourenzahl der Krafterzeugungsanlage antreiben. In der vorher geschilderten
Art und Weise können auch bei dieser Anordnung mehrere Sätze von Umwandelungsgetrieben
von einer einzigen Krafterzeugungsanlage aus angetrieben werden. Die entsprechende
Umsteuerung auf das erste und vierte bzw. zweite und fünfte bzw. dritte und sechste
Element des Umwandelungsgetrie.bes kann, von der Steuerung der Krafterzeugungsanlage
aus abgeleitet werden. In sinngemäß entsprechender, umgekehrter Anordnung kann auch
eine Übersetzung der Abtriebswelle gegenüber .der Schwingungszahl d ,er Krafterzeugungsanilage
herbeigeführt werden.
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Zweckmäßig wird die Eigenschwingungszahl der hin und her gehenden
Teile der Vorrichtung auf deren Regeldrehzahl abgestimmt.