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Hydraulische Brems-, Antriebs- und/oder Beschleunigungseinrichtung
für Fahrzeuge, insbesondere Kfz.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Brems-, Antriebs-
und/oder Beschleunigungseinrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge,
mit einem Hydro-Motor, dem aus einem hydraulischen Druckspeicher das Druckmittel
zuführbar ist.
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Es sind bereits hydraulische Antriebseinrichtungen für Fahrzeuge bekannt,
die ihre Druckenergie einem hydraulischen
Druckspeicher entnehmen,
z.B. sind Rangier-Lokomotiven bekannt, die ihren Dampf nicht selbst erzeugen, sondern
der Druckspeicher muß von Zeit zu Zeit mit Dampf gefüllt werden.
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Weiter sind Hydro-Motoren bekannt, die gleichzeitig auch als hydraulische
Pumpen dienen können, in-dem sie in der gleichen Richtung angetrieben werden. Es
gibt auch schon derartige Hydro-Motoren mit wechselnder Drehrichtung.
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Sie können z.B. als Axial-Motoren ausgebildet sein.
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Ferner ist bekannt, die Bremsenergie beim Abbremsen eines Fahrzeugs
zu speichern, in-dem sie entweder als elektrische Energie in das Stromleitungsnetz
zurückgeleitet wird, oder es wird ein Kreisel oder Schwungrad innerhalb des Fahrzeugs
angetrieben, dessen Schwungmasse zur Beschleunigung oder zum Antrieb bald darauf
wieder verwendet werden kann. Diese bekannten Einrichtungen finden in der Regel
neben den außer-dem noch erforderlichen üblichen Antriebsmotoren Verwendung, weil
die Bremsenergie allein nicht ausreicht, das Fahrzeug ständig anzutreiben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Einrichtung
der eingangs erwähnten Art zu schaffen, durch die sich die Verwendung eines Kreisels
oder einer Schwungscheibe erübrigt.
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Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung besteht darin, daß eine
vom Fahrzeug antreibbare hydraulische Bremspumpe durch Betätigung eines Bremsventils
Druckmittel in den Druckspeicher fördert und daß durch die Betätigung eines Beschleunigungsventils
der Druckspeicher mit dem Hydro-Motor verbindbar ist. Druch die Erfindung dient
somit eine hydraulische Pumpe zur Abbremsung des Fahrzeugs, welche daher mit "Bremspumpe"
bezeichnet ist. Dies zeigt nicht nur den Vorteil der Energieeinsparung, sondern
die Bremsung kann hierdurch verhältnismäßig weich erfolgen bzw. durch die Größe
der Pumpe dimensioniert werden, was für den Bremsvorgang sehr erwünscht ist. Ein
weiterer Vorteil besteht darin, daß sich die Druckenergie praktisch beliebig lange
speichern läßt im Gegensatz zu der Energie eines Kreisels, die laufend infolge der
Reibung abnimmt. Somit besteht also beispielsweise die Möglichkeit, bei Nichtbenutzung
des Fahrzeugs sogar mehrere Tage nach der Speicherung diese Energie noch zu nutzen.
Dies geschieht vorzugsweise zum
Zwecke der Beschleunigung, die durch
den Erfindungsgegenstand zusätzlich zu der Beschleunigung geliefert werden kann,
die der übliche Antriebsmotor liefert.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Einrichtung dem Volumen
nach so klein ist, daß sie in alle bekannten Fahrzeuge nachträglich eingebaut werden
kann. Es besteht auch die Möglichkeit, diese Bremspumpe als Vorbremse zu der bekannten
Bremse zu verwenden. Zur Restbremsung und zur Sicherheitsbremsung wird dann die
übliche Fahrzeugbremse zugeschaltet, wobei es sich in der Regel um eine Reibungsbremse
handelt. Dadurch wird der Verschleiß der Bremsbeläge erheblich reduziert.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Bremspumpe
und der Hydro-Motor als eine für sich bekannte Motor-Pumpe ausgebildet sind, die
wahlweise als Motor oder als Pumpe dienen kann. Dadurch wird die Einrichtung natürlich
vereinfacht.
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Weiter ist vorteilhaft, daß ein gesonderter Druckmittelkreis lauf
zwischen dem Bremsventil und der Bremspumpe vorgesehen ist. Hierdurch kann vorgesehen
sein, daß die Pumpe ständig in Antriebsverbindung mit dem Fahrzeug bleibt, ohne
daß sie hierbei nennenswerte Arbeit leisten muß, das öl wird lediglich in Bewegung
gehalten. Dabei ist vorteilhaft, daß eine Magnetkupplung in der Antriebsverbindung
zwischen dem Fahrzeugmotor und der Motor-Pumpe angeordnet ist. Auf diese Weise kann
die Antriebsverbindung zwischen dem Fahrzeugmotor und der Motor-Pumpe schnell und
einfach unterbrochen und bei Bedarf wieder eingeschaltet werden.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, das auch ohne die erwähnten
anderen Merkmale Verwendung finden kann, und daher von besonderer Bedeutung ist,
ist vorgesehen, daß der Hydro-Motor bei Leerlaufstellung des Fahrzeuggetriebes als
Anlasser für diesen Motor verwendet wird.
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Ein solcher Anlasser zeigt gegenüber den bekannten Anlassern den großen
Vorteil, daß eine elektrische Batterie nicht benötigt wird, so daß die Fahrzeugbatterie
erheblich kleiner
ausfallen kann. Außerdem liegen die Kosten eines
derartigen hydraulischen Anlassers nicht höher als die eines elektrischen. Hierbei
kann'noch zweckmäßig sein, daß zum Füllen des Speichers eine Handpumpe angeordnet
ist. Dieses Merkmal schafft Sicherheit für den Fall, daß durch irgendeine Undichtigkeit
oder aus anderen Gründen der Speicher nicht gefüllt sein sollte.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
nun folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf die Zeichnung.
In dieser zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform
bei einem Kraftfahrzeug; Fig. 2 eine Darstellung-ähnlich Fig. 1 mit einer weiteren
Ausführungsform; Fig. 3 einen Schnitt durch eine Einzelheit nach den Fig. 1 und
2 in vergrößerndem Maßstab;{
Fig. 4 eine Darstellung ähnlich den
Fig. 1 und 2 in Anwendung bei einem Schienenfahrzeug; Fig. 5 eine Darstellung ähnlich
Fig. 4 mit einer weiteren Aus führungs form und Fig. 6 eine schematische Seitenansicht
ähnlich den Fig. 1 und 2 mit einer weiteren Ausführungsform, teilweise geschnitten.
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Fig. 1 zeigt einen Schaltplan in Draufsicht auf einen Personenkraftwagen.
Man sieht links den bekannten Antriebsmotor 9, dessen Leistung in bekannter Weise
an die Antriebsachse 31 weitergeleitet wird. Diesbezüglich ist durch die Erfindung
keinerlei Änderung nötig. Die Bremspumpe 1 der erfindungsgemäßen Einrichtung steht
ebenso wie der Hydro-Motor 8 über einen Riemen 32 oder dgl. mit dem Motor 9 ständig
in Antriebsverbindung.
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Die Bremspumpe 1 fördert aus dem ölbehälter 2 das Hydraulik-Ul über
die Leitung 26 ständig über das Bremsventil 3 und
die Leitung 27,
so daß das Öl hier ständig umläuft.
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Wird das Bremsventil 3 durch das Fußpedal 33 in Richtung des Pfeiles
eingedrückt, so wird der Umlauf gesperrt und das bl in den vorgespannten Speicher
4 gedrückt. Um einen Überdruck zu vermeiden, ist der Speicher 4 über ein Überdruckventil
5 mit dem Behälter 2 verbunden. Die Druckspannung des Speichers 4 ist am Manometer
6 ablesbar.
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Bei der Bedienung des Beschleunigungsventils 7 wird der Speicher 4
mit dem Hydro-Motor 8 verbunden, der die Speicherenergie in Antriebsenergie umwandelt
und über die erwähnte Antriebsverbindung, wobei es sich um einZahrrad-,Ketten- oder
Keilriemenantrieb 32 handeln kann, an den Fahrzeugmotor 9 abgibt. Zur Strömungsabsicherung
sind die Rückschlagventile 10 und loa eingebaut. Das Bremsventil 3 ist unter dem
üblichen Fahrzeug-Fußbremsheben 33 angebracht und wird auf den ersten Bremshebenweg
gesteuert. Bei weiterem Durchtreten des Bremspedals 33 kommt dann die normale Fahrzeugbremse
zum Einsatz, was im Einzelnen nicht dargestellt ist, weil.dem Fachmann bekannt.
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Fig. 2 zeigt ein Schema wie Fig. 1, jedoch ist bei dieser Ausführungsform
die Bremspumpe 1 und der Hydro-Motor 8 als bekannte Motor-Pumpe la ausgebildet.
Das Beschleunigungsventil 7 ist ebenso wie das Bremsventil 3 ausgebildet, nur in
umgekehrter Stellung. Es ist also ohne eine Betätigung gesperrt, bei Betätigung
wird es geöffnet.
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Fig. 3 zeigt das Bremsventil 3 im Schnitt durch die Längsachse. Die
mit einer Rolle versehene Kolbenstange 11 wird von der Feder 12 in der dargestellten
Durchgangslage gehalten. Beim Eindrücken der Kolbenstange 11 werden die Bohrungen
13 des Zylinders 29 nach und nach durch den Schieberkolben 30 verschlossen, bis
der Durchfluß vom Anschluß 14 zum Anschluß 15 in Richtung der dort angebrachten
Pfeile gesperrt ist. Dadurch wird eine allmähliche Steierung der Bremskraft von
einem minimalen auf einen maximalen Wert erreicht.
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In Fig. 4 ist das Schema einer erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt,
die in ein Schienenfahrzeug eingebaut
ist. An den Antriebsradsatz
34 eines Schienenfahrzeuges ist an das Getriebe 16 der elektrische Antriebsmotor
17 angeflanscht. Auf der gegenüberliegenden Getriebeseite ist die blmotor-Pumpe
18, eine Axial-Kolben-Pumpe, die als bl-Pumpe und auch als ölmotor arbeitet, angeflanscht.
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Die Einrichtung ist mit einem Brems- und Beschleunigungsventil 19
versehen, das einen von Hand steuerbaren Hebel 20 aufweist. Der ölbehälter 2, der
Speicher 4, das überdruckventil 5 und das Manometer 6 sowie die Rückschlagventile
1o und loa sind zu der dargestellten Schaltung zusammengeschlossen.
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Da bei einem derartigen Schienenfahrzeug, z.B. einer Elektro-Lokomotive,
ein Bremspumpenmotor 18 mit der gleichen Leistung wie der Antriebsmotor 17 eingebaut
sein kann, kann hier die bisher erforderliche Schleifbremse ganz entfallen. Zum
Abbremsen des Schienenfahrzeugs wird der Handhebel 20 des Brems- und Beschleunigungsventils
19 in die Stellung "Bremsen" gebracht. Dadurch wird der drucklose Umlauf unterbrochen
und das bl aus dem
Behälter 2 vom Bremspumpenmotor 18 in den Druckspeicher
4 gedrückt. Dieser Druckspeicher kann z.B. mit einem Gasdruck von 75 bar vorgespannt
und bis zu einem Druck Von 150bar mit Öl gefüllt werden. Die Ausbildung und die
Wirkungsweise darartiger Druckspeicher sind allgemein bekannt und müssen daher nicht
erläutert werden.
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Beim Erreichen des maximalen Bremsdruckes von 150 bar öffnet das Überdruckventil
5, und das Öl kann zum Behalter 2 abströmen. Die Bremskraft bleibt also auch dann
erhalten, wenn der Druckspeicher vollständig gefüllt ist.
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Auch dann, wenn das Fahrzeug zum Stillstand gekommen ist> bleibt
die Bremskraft voll erhalten, die gleich der Antriebskraft des Fahrzeugmotors sein
kann.
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Wird nun beim Anfahren des Fahrzeugs der Handhebel 2e in die Stellung
Beschleunigung gebracht, so wird der Speicher 4 mit dem Bremspumpenmotor 18 in umgekehrter
Richtung verbunden. Der Bremspumpenmotor wirkt nun als Antriebsmotor und setzt das
Fahrzeug in Bewegung. Es soll
klargestellt werden, daß dies aber
nur eine Zusatzbeschleunigung sein kann, der Hauptantrieb erfolgt durch den Antriebsmotor
17. Der Bremspumpenmotor 18 kann nämlich nur soviel Antriebsleistung abgeben, wie
er beim Abbremsen des Fahrzeug gespeichert hat. Darüberhinaus ist selbstverständlich
mit dem üblichen Wirkungsgrad für Pumpen und Motoren zu rechnen.
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Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, die bei einem Schienenfahrzeug
angewendet ist, bei dem alle vier Räder 35, 36, 37 und 38 zum Abbremsen und zum
Beschleunigen verwendet werden.
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Deshalb sind hier vier Bremspumpenmotoren 18a, 18b, 18c und 18d an
den Rädern angeordnet. Ferner ist hier ein Umschaltventil 21 für die Umschaltung
von der Vorwärts- auf die Rückwärtsfahrt-.eingebaut.
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Die Ausführungsform nach Fig. 6 zeigt den Vorteil, daß der Bremspumpenmotor
18 nicht immer mitlaufen muß, wenn er nicht gebracht wird. Deshalb ist hier in der
Antriebsverbindung zu dem eigentlichen Fahrzeugmotor 9 eine Elektro-Magnetkupplung
24 eingebaut. Wenn hier das Bremsventil
3 betätigt wird, wird
der Elektro-Kontaktschalter 23 geschlossen1 und die Magnetkupplung 24 zieht an,
so daß die Antriebsverbindung zum Fahrzeugmotor 9 über die Zahnräder 39 und 40 hergestellt
ist. Bei Betätigung des Beschleunigungsventils 7 wird der Elektro-Kontaktschalter
23 geschlossen und die Kupplung 24 zieht ebenfalls an.
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Bei der Ausrüstung eines Fahrzeugs mit dem Erfindungsgegenstand kann
der elektrische Anlasser entfallen, und das Anlassen des Fahrzeugmotors mit dem
Bremspumpenmotor 18 erfolgen. Bei der Betätigung des Beschleunigungsventils 7 wird
bei der Leerlaufstellung des Fahrzeuggetriebes 28 der Motor angeworfen. Sollte die
Speicherfüllung aus irgendeinem Grunde nicht ausreichen, so kann der Speicher mit
der Handpumpe 25 gefüllt werden.
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Da der elektrische Anlasser bei bekannten Kraftfahrzeugen der größte
Strsmverbraucher ist, könnte durch den Erfindungsgegenstand die Fahrzeugbatterie
erheblich kleiner gehalten werden. Außerdem entsteht der Vorteil, daß Startschwierigkeiten,
z.B. wegen leerer Batterie nicht mehr auftreten können.
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Es besteht darüberhinaus noch die Möglichkeit, einen zweiten Hydraulikspeicher
einzubauen, der nur als Anlaßserspeicher benutzt wird. Durch Einsparung des elektrischen
Anlassers und eines Teils der Fahrzeugbatterie werden die Kosten für den Erfindungsgegenstand
erheblich gesenkt. Der Aufwand für einen Bremspumpenmotor 18 ist etwa mit dem eines
elektrischen Anlassers gleichzusetzen.
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Der Einbau des Erfindungsgegenstandes ist dadurch bei allen bekannten
Fahrzeugen nachträglich möglich, da Hochdruck-ölpumpen und -Motoren in ihren Abmessungen
sehr klein sind, so daß sie am Getriebe neben dem Antriebsmotor gut untergebracht
werden können.
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Wenn der Druckspeicher entsprechend gefüllt ist, kann der Ölmotor
das Fahrzeug natürlich eine gewisse Strecke auch allein bewegen. Dieser Vorteil
ist dann von besonderer Bedeutung, wenn der eigentliche Antriebsmotor oder die Fahrzeugbatterie
ausfällt.
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Wird beispielsweise ein Kraftfahrzeug von einer Geschwindigkeit von
120 km/h auf 80 km/h in lo sec. abgebremst, so wird bei einer mittleren Pumpendrehzahl
von 16,6 U/sec. und einer gewählten Pumpen-Förderleistung von 16 cm3/U gleich 2,66
Liter Öl in den Druckspeicher gefördert. Setzt man den mittl. Speicherdruck mit
etwa 115 bar ein, so beträgt dabei das mittl. Bremspumpen-Drehmoment M = 2,7 kp
m.
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Dies ergibt eine Bremsleistung von N = M . n = 2,7 . 2600 = lo PS
716 716 bezogen auf den Fahrzeugmotor bei einer mittleren Drehzahl von 2600 U/min.
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Bei einer nachfolgenden Beschleunigung des Fahrzeuges kann nun durch
die Betätigung des Ventils 7 die Speicherfüllung 10 sec. lang 1o PS, abzüglich des
Wirkungsgrades, zusätzlich als Antriebsleistung abgeben. Diese Beschleunigung erfolgt
ohne irgendeinen Kraftstoffverbrauch.
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Damit ist der Nachweis geführt, daß durch den Erfindungsgegenstand
außer der geringeren Abnutzung der Bremsbacken
eine erhebliche
Kraftstof.feinsparung möglich ist.
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Besonders im Stadtverkehr, und bei Fahrten im Gebirge, wird die Treibstoffeinsparung
besonders groß sein, weil hier bekanntlich oft gebremst und beschleunigt werden
muß.