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Verfahren zur Leistungsübertragung beim Antrieb und Bremsen von Lasten
Bei dynamischen Systemen mit äußerer Antriebsvermittlung (Luft- und Wasserfahrzeuge)
erfolgt die Leistungsübertragung beim Antrieb und Bremsen auf die aus diesen Fahrzeugen
selbst bestehenden Lasten durch die Einwirkung eines von der Antriebsmaschine bewegten
Förderorgans, z. B. Propeller oder Schraube, auf das umgebende Mittel. Hierbei wird
also unmittelbar, d. h. unter Fortfall eines besonderen Getriebegliedes, auf die
Last eingewirkt. Dynamische Systeme mit innerer Antriebsvermittlung (Landfahrzeuge,
Hebezeuge) weisen zur Herbeiführung der Leistungsübertragung auf die zu bewegenden
oder in Bewegung befindlichen Lasten (mechanische Masse des Landfahrzeuges, Last
eines Hebezeuges) von der Antriebsmaschine zu dem die Geschwindigkeitsänderungen
der Last vermittelnden Bestandteil des betreffenden dynamischen Systems, z. B. Räder
bei Landfahrzeugen, meist Stufengetriebe in Verbindung mit mechanischen Kupplungen
auf. Bei diesen dynamischen Systemen mit innerer Antriebsvermittlung handelt es
sich demnach um solche, bei denen ein treibender und ein getriebener Teil einer
Antriebseinrichtung in kraftschlüssiger Verbindung stehen und mittelbar auf die
zu bewegende Last einwirken.
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Die Leistungsübertragung bei den zuletzt angeführten dynamischen Systemen
mit innerer Antriebsvermittlung hat sich in stärkstem Maße bei solchen Landfahrzeugen
durchgesetzt, die mit Verbrennungskraftmaschinen angetrieben werden (Kraftfahrzeuge).
Trotzdem war man sich stets der Nachteile bewußt, die solche Stufengetriebe in Verbindung
mit mechanischen Kupplungen mit sich bringen. Sie bestehen in der lästigen Notwendigkeit
eines abwechselnden Schaltens und Kuppelns zwecks Herbeiführung der Leistungsübertragung
auf
die zu bewegende Last (Kraftfahrzeug) sowie in den unvermeidlichen Stößen, die durch
den diskontinuierlichen Schaltvorgang verursacht werden.
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Diese Nachteile hat man auf mannigfache Weise zu überwinden versucht.
Im Zusammenhang mit der im nachstehenden zu erörternden Erfindung ist aus dem Stand
der Technik vor allem ein Verfahren zur Leistungsübertragung beim Antrieb und Bremsen
durch dynamische Systeme mit innerer Antriebsvermittlung zu erwähnen, bei der die
Antriebsmaschine über einen einstellbaren Druck-Speicher auf die Last einwirkt.
Die Druckspeicherung wird dabei durch eine symmetrisch angeordnete Gruppe von Pumpeinrichtungen
herbeigeführt, die einerseits der Einwirkung der Antriebsmaschine und andererseits
dem Einfluß der Last unterliegt. Diese Einrichtungen, die unter der Bezeichnung
Druckluftwechselgetriebe bekanntgeworden sind, haben sich nicht durchsetzen können,
obgleich man bereits der Steuerung des Druckspeichers und damit einem ausschlaggebenden
Vorgang des Verfahrens besondere Beachtung hatte zukommen lassen.
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Es sind so schon eine Anzahl Zylinder als Saug-und Druckpumpe mit
je einem zur Atmosphäre führenden Saugventil ausgestattet und dazu benutzt worden,
die anderen Zylinder, die von der Atmosphäre abgeschlossen waren, derart mit Druckluft
zu speisen, daß je nach Bedarf die Spannung der Luft in den Zylindern fortschreitend
bis auf das erforderliche Maß wuchs. Zu diesem Zweck sind die von der Atmosphäre
abgeschlossenen Zylinder mit demjenigen Zylinder, der als Saug- und Druckpumpe diente,
durch eine Leitung mit drosselbarem Auslaß in Verbindung gebracht und derart mit
Druckluft gespeist worden, daß je nach Bedarf die Spannung der Luft in den Zylindern
fortschreitend bis auf das erforderliche Maß zunahm. Bei einer anderen bekannten
Anordnung dieser Art sind im Kopf der Zylinder Steuerventile vorgesehen worden,
durch deren Verstellung die Druckluft entweder in die Außenluft oder zu einem Druckluftbehälter,
einem Bremszylinder gelangte oder völlig abgesperrt wurde. Bei einem anderen bekannten
Druckluftwechselgetriebe schließlich waren im Zylinderkopf Ventile vorgesehen, die
die Zylinderräume während des Expansionsvorganges völlig nach außen abschlossen,
während des Kompressionsvorganges jedoch nach Maßgabe eines Zentrifugalreglers öffneten.
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Die angeführten bekannten Druckluftwechselgetriebe wiesen sämtlich
den Mangel auf, daß die Art der Steuerung des Kompressions- und Expansionsvorganges
eine wirtschaftliche Betriebsweise der Getriebe nicht zustande kommen ließ. Das
erfindungsgemäße Verfahren zur Leistungsübertragung beim Antrieb und Bremsen von
Lasten durch dynamische Systeme mit innerer Antriebsermittlung schafft in dieser
Hinsicht Abhilfe. Die Antriebsmaschine wirkt dabei zwar ebenfalls über einen einstellbaren
pneumatischen Druckspeicher auf die Last ein. Nach der Erfindung wird jedoch die
Last gleichzeitig dem Einfluß eines dem Druckspeicher entsprechenden und mit ihm
verbundenen pneumatischen Sogspeichers ausgesetzt. Unter einem Sogspeicher soll
dabei eine Einrichtung verstanden werden, bei der die Mitnahme des getriebenen Teils,
der Last, nicht nur durch die Drosselung der Strömung des Mediums beim Druckhub
des Kolbens, sondern durch die gleiche Drosselung der Einströmung in den Zylinderraum
beim Saughub veranlaßt wird. In besonders einfacher Ausgestaltung wird die Betriebsweise
nach Maßgabe der Erfindung dadurch zustande gebracht, daß die Einstellung der Druck-
und Sogspeicherung über eine gemeinsame Steuerung erfolgt.
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Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung können
in Anlehnung an die im vorstehenden behandelten bekannten Druckluftwechselgetriebe
erfindungsgemäß so ausgeführt sein, daß die Druck- und Sogspeicherung durch eine
symmetrisch angeordnete Gruppe von Pumpeinrichtungen erfolgt, die einerseits der
Einwirkung der Antriebsmaschine und andererseits dem Einfluß der Last unterliegt.
Die Pumpeinrichtungen können dabei insbesondere aus sternförmig angeordneten Kolbenpumpen
bestehen, deren Zylinder mit der einen und deren exzentrisch gelagerte Pleuel mit
der anderen Angriffsseite des Druck- und Sog-Speichers in Verbindung stehen.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind aus der nachstehenden Beschreibung
und aus der Zeichnung ersichtlich, in denen ein Ausführungsbeispiel dargestellt
ist.
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Fig. I zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung nach der Erfindung
im Aufriß, bei der die angeführten Pumpeinrichtungen, wie ebenfalls bereits erwähnt,
aus sternförmig angeordneten Kolbenpumpen bestehen, deren Zylinder mit der einen
und deren exzentrisch gelagerte Pleuel mit der anderen Angriffsseite des Druck-
und Sogspeichers in Verbindung stehen; Fig. 2 gibt einen Schnitt entlang der Linie
A-B der Fig. I wieder; Fig. 3 und 4 schließlich zeigen Einzelheiten der Steuerung
der Luftdurchtrittsöffnungen an den Zylinderköpfen.
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Nach den Fig. I und 2 ist im Achsenzentrum der Schwungscheibe S eines
Verbrennungsmotors die Welle a zentrisch gelagert und trägt fest verbunden den Exzenter
b. Auf diesem Exzenter ist ein loser Exzenterring c gelagert, der auf seiner Mitte
Bohrungen zur Gelenkverbindung d vermittels Bolzen mit den Plungerkolben e besitzt.
Die Kolben e gleiten in Zylindern f, deren Bolzenansätze i in vorgesehenen Bohrungen
der Schwungscheibe S und dem vermittels Verschraubung k an mit der Schwungscheibe
S verbundenen Stehbolzen befestigten Lagerungsring g in den Bolzenaugen h des Ringes
g gelagert sind. Auf diese Weise bilden der Ring g und die Schwungscheibe S einen
starren Käfig mit acht um die Achse der Bolzen i drehbar befestigten Zylindern.
Der Zylinderkopf besitzt Öffnungen z, die von innen vermittels einer um die Zylinderachse
drehbaren Schieberplatte m beliebig verschlossen werden können. Die Schieberachse
trägt im Vierkant einen mit Mutter befestigten
Steuerungsschenkel,
dessen äußerstes Ende in einem Kreisringstück o (vgl. auch Fig. 3) ausläuft. Das
Ringstück des Steuerungsschenkels wird von einem mit dem auf einer Aussparung der
Schwungscheibe S lose aufsitzenden Ring r fest verbundenen und durch
die Schwungscheibe beweglich hindurchgeführten Greifer p so umschlossen, daß bei
einer axialen Verschiebung des Ringes r auf der Schwungscheibe S der Steuerungsschenkel
o der Bewegung folgend die Schieberplatte m verdreht und somit nach Belieben die
Öffnungen z schließt oder öffnet (vgl. Fig. 3).
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Im Anfangszustand legen die Schieberplatten die Öffnungen z frei.
Wird die Schwungscheibe S durch den Motor auf volle Drehgeschwindigkeit gebracht,
dann kann durch die Gegenwirkung (Trägheit) der im Ruhezustand befindlichen Last
an der Welle a der mit dieser verbundene Exzenter b der Drehbewegung nicht folgen.
Die durch die Drehung der Schwungscheibe mitgenommenen Zylinder f wirken als Mitnehmer
der Kolben e, die durch den lose umlaufenden Exzenterring c zu einer Hubbewegung
gezwungen werden. Die Kolbenbewegung wird nicht behindert, da die geöffneten Schlitze
z einen ungehinderten Zu- und Austritt der durch die Kolben verdrängten Luft gestatten.
Somit wird keine Kraft übertragen, die Maschine arbeitet im Leerlauf.
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Wird allmählich der Hebel v verstellt (vgl. Fig. 4), der mittels im
Gehäuse (nicht gezeichnet) gelagertem Hebel u gelenkig verbundene Gleitschuhe t
beeinflußt, dann wird in bekannter Weise der in der Nut des Gleitschuhes t umlaufende
Ring r dem Bewegungsimpuls der Gleitschuhe folgend auf der Aussparung der Schwungscheibe
S axial verschoben. Der Greifer p, mit dem Ring r verbunden (Fig. 3), bewegt so
den Steuerungsschenkel o, und die mit diesem verbundene Schieberplatte m deckt allmählich
die Schlitze z zu.
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Die ein- und ausströmende Luft wird dadurch am Durchfluß zunehmend
behindert, wodurch eine allmählich zunehmende Verdichtungsspannung in den Zylindern
entsteht, die sich als Potential durch den Exzenter c auf die Welle a und somit
auf die Last überträgt. Da die Kolben bei ihrer Bewegung die Luft hinauspressen,
beim Rückgang in den unteren Totpunkt umgekehrt Luft ansaugen, dieser Sog aber ebenso
durch die steuerbaren Schlitze z behindert wird, wirkt in seiner Funktion der Sog
auch als Potentialerzeuger wie die Verdichtung. Verdichtungsdruck und Entdichtungssog
sind die wirksamen Kräfte der allmählichen Potentialerhöhung. Die zwangläufige Entdichtung
beim Rückgang der Kolben würde eine Verdichtung bei Kolbenumkehr unmöglich machen.
Dies zu vermeiden sind in den Zylindern im unteren Totpunkt ungesteuerte Schlitze
w (Fig. I und 2) vorgesehen, die die zur Verdichtung erforderliche Luft einströmen
lassen und die notwendige Auflösung des Vakuums bewirken.
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Treibt man die Behinderung der Kolbenbewegung durch weiteres Zudecken
der Schlitze z noch mehr in die Höhe, dann erreicht das an der Welle a wirksame
Potential endlich die Höhe des Widerstandspotentials der Last und bewegt durch Überwindung
desselben schließlich die Last mit zunehmender Beschleunigung. Hat die Bewegungsgeschwindigkeit
der Last eine für die Überlastungsmöglichkeit des Motors notwendige Höhe erreicht,
dann werden die Schlitze z vollends zugedeckt; Last und Kraft bilden ein geschlossenes
System, und Last- sowie Kraftgeschwindigkeit bleiben konstant gleich.
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Die beschriebene Einrichtung bildet, da sie in der Hauptsache nur
der Überlastbarkeit dient und somit nur für kurze Zeitspannen in Aktion ist, normal
eine vollkommen elastische Kupplung zwischen Motor und angetriebener Last. Auch
bei Überlastung (Bergfahrten) von längerer Dauer kann eine unzulässige Erwärmung
nicht eintreten, da die erzeugte Verdichtungswärme in den Zylindern bei der anschließenden
Expansion der Luft im Gehäuse wieder gebunden wird. Außerdem wirkt als Gegengewicht
die durch den Sog entstehende Temperaturabnahme. Es findet somit ein vollständiger
Ausgleich der Wärme statt. Die Vereinigung der Potentialerzeugung und Umwandlung
in einen einzigen Arbeitsvorgang läßt einen einfachen Aufbau zustande kommen. Die
Einbeziehung des Entdichtungssoges in den Arbeitsprozeß vermittelt eine raumsparende
Bauweise, und die Anwendung von Luft verhindert den Schwund des Arbeitsmittels.
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Die Veränderung der Ausführungsform durch Kurbeltrieb und Pleuel mit
Tauchkolben oder ähnliche Möglichkeiten können im Grundsatz nichts ändern. Ebenso
läßt sich diese Einrichtung ohne nennenswerte Änderungen als zusätzlicher Maschinenteil
unabhängig von der Schwungscheibe einem bestehenden Motor anfügen.