DD294544A5 - Vorrichtung zur bremsenergiespeicherung in spiralfedern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Speicherung der Bremsenergie in Spiralfedern und deren Nutzung fuer die Beschleunigung. Sie ist insbesondere fuer Fahrzeuge, die haeufig abgebremst und beschleunigt werden muessen, geeignet. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, einen kompakten, funktionssicheren und universell einsetzbaren Bremsenergiespeicher zu schaffen. Erfindungsgemaesz wird die Aufgabe dadurch geloest, dasz auf einer staendig mit den Antriebsraedern in Eingriff stehenden Welle zwei Reibscheiben-Kupplungspaare einerseits ueber eine Axiallagerung beweglich miteinander und andererseits, die Losescheiben der Kupplungen ueber einen Vorgelegetrieb und eine Spiralfeder miteinander gekoppelt sind sowie eine Losescheibe und die Vorgelegewelle mit Drehrichtungssperren versehen sind und der Vorgelegetrieb eine UEber- oder Untersetzung ermoeglicht.{Spiralfeder; Beschleunigung; Fahrzeug; Bremsenergiespeicher; Reibscheiben-Kupplungspaare; Vorgelegetrieb; Bremsenenergiespeicher}

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Speicherung der Bremsenergie in Spiralfedern und deren Nutzung für die Beschleunigung. Sie ist insbesondere für Fahrzeuge, die häufig abgebremst und beschleunigt werden müssen, geeignet.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen '

Es ist bekannt, daß die bei Fahrzeugen durch reibende Bremsbeläge verlorengehende kinetische Energie in Schwungrädern oder Bandfedern gespeichert werden kann. Die Bremsenergiespeicherung in Schwungrädern bleibt hier außer Betracht. In der DE-OS 31311552 ist eine Bremsvorrichtung beschrieben, welche über zwei, an einer unsymmetrischen Schwinge angeordnete Reibräder die Bremsenergie vom Laufrad in eine '".andfedereinträgt bzw. umgekehrt, aus der umgekehrt aufgewickelten Feder die Energie auf das Laufrad überträgt.

Durch ein System der Kopplung der Reibräder über Zahnräder, Freilauf und Sperrklinke wird beim Bremsen die kinetische Energie in die Feder eingetragen und beim Beschleunigen die gespeicherte Energie in der richtigen Richtung in das Antriebsrad, ohne freizudrohen eingetragen. Über einen Hebelmechanismus und Haltefedern wird das Brems- oder Antriebsrad mit dem Laufrad zum Eingriff gebracht. Diese Bremsvorrichtung wurde offensichtlich für Fahrräder entwickelt und ist in dieser Form für Kraft- und Schienenfahrzeuge aufgrund der Abfederung der Laufräder, der notwendigen dezentralisierten äußornn Anordnung an den Laufrädern, schlechte Bedienbarkeit und Kopplung mit der Fahrzeugbremse, Verschmutzung, Störanfälligkeit usw., nicht anwendbar

Die weiteren vorgeschlagenen Lösungen konnten sich aus ähnlichen Erwägungen nicht durchsetzen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen kompakten, funktionsrichoren und universell einsetzbaren Bremsenergiespeicher zu schaffen.

Darlegung des Wesens der Erfindung Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kompaktem und gekoppeltes System von Kraftübertragungselementen und Sperren zu schaffen, welches die Bremsenergie von beliebig abzubremsenden Fahrzeugen an geeigneten Wellen und Spiralfedern speichert und in gleichsinnigem Drehsinn zur Beschleunigung freigibt und von äußeren Einflüssen unabhängig ist.

Wesen der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe daduich gelöst, daß auf einer ständig mit den Antriebrädern in Eingriff stehenden Welle zwei Reibscheiben-Kupplungspaare über eine Axiallagerung beweglich miteinander gekoppelt sind und die eine Festscheibe mit der Welle formschlüssig, aber axial verschiebbar, und die andere Festscheibe mit dem umgebenden Getriebegehäuse fest verbunden ist und die eine Losescheibe auf der Welle lose sowie axial verschiebbar und die andere Losescheibe auf der Welle ebenfalls axial verschiebbar gelagert und in einer Drehrichtung über Freilauf- oder Klinkensperre oder dgl. gesperrt ist und auf die Kupplungspaare eine übliche Betätigungseinrichtung wirkt, wobei dis Festscheibe am Gehäuse das Widerlager bildet. Zwischen der Festscheibe der Antriebswelle und der dazugehörigen Losescheibe kann eine axial wirkende Feder angeordnet sein. Die Losescheiben sind mit Zahnkränzen gleichen oder unterschiedlichen Durchmessers versehen, die mit jeweils einem auf einer gemeinsamen Vorgelegewelle angeordneten Zahnrad ständig im Eingriff stehen. Das eine Zahnrad ist fest mit der Vorgelegewelle verbunden und über ein daran befestigtes oder gesondert auf der Vorgelegewelle befestigtes Klinkenrad mit peripherer Sperrklinke oder anderer Drehrichtungssperre in einer Drehrichtung gesperrt. An der Vorgelegewelle ist das innere Ende und am lose gelagerten Zahnrad das äußere Ende einer energiespeichernden Spiralfeder befestigt. Der Bremsenergiespeicherblock kann als integraler Bestandteil, z. B. eines Fahrzeuggetriebes, oder in einem speziellen Gehäuse als gesonderte Funktionseinheit an jeder treibenden oder getriebenen Welle oder Achse angeordnet werden, wenn darauf Bremskräfte wirken. Bei gesonderter Funktionseinheit kann die mit der Fahrzeug- und Feststellbremse gekoppelte Betätigungseinrichtung auch auf das Gehäuse wirken. In diesem Falle ist das Gehäuse und nicht die Festscheibe der ersten Kupplung axial verschiebbar.

Die Wirkungswe'se der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist folgende: Im Falle der Betätigung der Bremse, die mit der Betätigungseinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder mit Kombinationen daraus verbunden ist, wird die mit der Welle formschlüssig verbundene Festscheibe der ersten Kupplung, hier zweckmäßig Mitnehmerscheibe der Mitnehmerkupplung genannt, axial gegen die auf der Welle drehbar und axial verschiebbar gelagerte Losescheibe der Mitnehmerkupplung, hier Mitnehmer-Gegenscheibe genannt, verschoben. Über die Axiallagerung zwischen der Mitnehmer-Gegenscheibe und der Losescheibe der zweiten Kupplung, hier Brems-Gegenscheibe der Bremskupplung genannt, wird gleichzeitig die axial verschiebbare und entgegen der Drehrichtung der Welle freilaufend gelagerte Brems-Gegenscheibe gegen die am umgebenden Gehäuse konzentrisch um die Antriebswelle befestigte Festscheibe der Bremskupplung, hier Bremsscheibe genannt, gedruckt.

Nach Eingriff der Kupplungen überträgt die Mitnehmerscheibe did Drehbewegung der Welle auf die Mitnehmer-Gegenscheibe und diese über den Zahnkranz auf das fest mit der Vorgelegewelle verbundene Zahnrad, währenddessen, durch den Andruck der Brems-Gegenscheibe an die Bremsscheibe, die Brems-Gegenscheibe und das mit ihr in Eingriff stehende lose gelagerte Zahnrad festgehalten werden und die Freilaufverbindung zur Welle frei läuft. Dadurch wird das innere Ende der Spiralfeder von der rotierenden Vorgelegewelle mitgenommen und das äußere Ende vom lose gelagerten Zahnrad festgehalten und die Spiralfeder in Abhängigkeit vom Bremsweg und dem Bremsdruck ganz oder teilweise gespannt. Ist die Feder ganz gespannt und der Bremsvorgang noch nicht beendet, wirken die Kupplungen als Reibbremsen und unterstützen die Wirkung der Radbremse. Mittels Feststellbremse, die ebenfalls auf die Kupplungen wirken sollte, kann die Feder im gespannten Zustand gehalten werden. Nach Abschluß des Bremsvorc ngss bzw. nach Lösen der Feststellbremse werden die Kupplungen wieder entlastet und die Feder entspannt sich, indem si bestrebt ist, die beiden Zahnräder gegenläufig zu verdrehen. Die periphere Freilauf- oder Klinkensperre der Vorgelegewi ιβ, die sich am oder im Gehäuse abstützt, verhindert aber das Drehen der Vorgolegewelle so, daß sich die Feder zwangsläufig nvi über das lose gelagerte Zahnrad und die Brems-Gegenscheibe entspannen kann und diese Rotation versetzt, wodurch der Freilauf zur Welle gesperrt und das Drehmoment auf die Welle übertragen wird. Nach Erschöpfung der in der Spiralfeder gespeicherten Energie wird kein Drehmoment mehr ausgeübt, und die Freilaufsperrung zur¹ Antriebswelle löst sich und das System kommt zur Ruhe. Der Brems- oder Beschleunigungsvorgang kann in jedem Spannungszustand der Feder eingeleitet oder unterbrochen werden. Die axial wirkende Feder zwischen der Mitnehmerscheibe und der Mitnehmer-Gegenscheibe bewirkt, daß die Bremskupplung vor der Mitnehmerkupplung zum Eingriff kommt. Sollte die

erfindungsgemäße Vorrichtung an einer Antriebswelle angeordnet sein, die z. B. bei Rückwärtsfahrt ebenfalls die Drehrichtung ändert, so ist eine der Freilauf- oder Klinkensperren zu lösen.

Es entspricht dem Wesen der Erfindung, wenn in Abhängigkeit von Bremsweg oder Bremskraft eine Hintereinanderschaltung oder Parallelschaltung von Spiralfedern erfolgt, wobei auch Federn unterschiedlicher Spannkraft verwendet werden können. Die Hintereinanderschaltung der Spiralfedern kann dabei, z. B. vom inneren Ende der ersten Feder über eine schwimmend gelagerte Koppelscheibe, an der das äußere Ende befestigt ist, zum inneren Ende der zweiten Feder, die entgegengesetzt gewunden ist, erfolgen, wobei das äußere Ende der zweiten Feder am lose gelagerten Zahnrad oder einei ebenfalls schwimmend gelagerten Zwischenscheibe, die die Verbindung zum äußeren oder inneren Ende einer gegebenenfalls weiteren Feder darstellt, befestigt ist. Bei der Parallelschaltung der Spiralfedern wird die Spannkraft der Federn der nebeneinander angeordneten Federn addiert und wirkt als Gesamtheit auf die Vorgelegewelle bzw. das Zahnrad. Die Entlastung der ganz oder teilweise gespannten Feder, z. B. bei längerem Stillstand, kann durch Ausrasten der Klinkensperre oder des Freilaufes erfolgen. Die Entspannung der Feder solltedabei durch leichten Bremsdruck gedämpft werden.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung kann auch darin bestehen, daß die Feder zwischen Zahnrädern angeordnet ist. Welches Ende der Spiralfeder an welchem Zahnrad befestigt wird, unterliegt dabei lediglich konstruktiven Gesichtspunkten. Es entspricht auch dem Wesen der Erfindung, wenn an Stelle des Zahnradtriebes ein Keilriemen- oder Kettentrieb oder dgl. zur Anwendung kommt.

Die erfindungsgemäße Bremsenergiespeichervorrichtung kann im oder am Schaltgetriebe an einer ständig mit den Laufrädern in Eingriff stehenden., zweckmäßig in einer Richtung drehenden Antriebswelle, oder als gesonderte Einrichtung für jedes Rad, unabhängig davon, ob es treibend oder getrieben ist, ausgeführt werden.

Die wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen darin, daß die Bremsenergie über- oder untersetzt von der Antriebswelle in die Spiralfeder und umgekehrt, von der Feder auf die Antriebswelle übertragen und die Vorrichtung im oder am Getriebe oder auch an der Antriebswelle oder Achse jeden getriebenen oder treibenden Rades kompakt mit geringem Platzbedarf angeordnet werden kann; die Anwendung nicht auf eine Fahrzeugart oder-gruppe beschränkt, also universell einsetzbar ist; die Kopplung mit der Fahrzeugbremse ist unproblematisch; Beeinträchtigungen der Funktion durch Witterungseinflüsse und Verschmutzung nicht auftreten. Die Spiralfeder wird immer in einer Richtung beansprucht. Beim Betrieb des Fahrzeuges sind keine zusätzlichen Handgriffe notwendig. Die Erfindung soll nachstehend an einem Beispiel näher erläutert werden

Fig. 1: zeigt ein Funktionsschema der erfindungsgemäßen Lösung, wie sie an den Antriebswellen eines Kraftfahrzeuges

angeordnet sein könnte,

Fig. 2: zeigt die Anordnung der Spiralfeder schematisch,

Fig. 3: zeigt die schematische Anordnung des Freilaufes auf der Welle,

Fig.4: zeigt die periphere Klinkensperre,

Fig. 5: Blockschema Bremsvorgang,

Fig.6: Blockschema Parkvorgang,

Fig.7: Blockschema Beschleunigungsvorgang,

Fig. 8: Blockschema Rückwärtsfahrt.

Aus den vielfältigen Möglichkeiten des Einbaues der Vorrichtung in kompakter oder geteilter Bauweise, insbesondere in Fahrzeugen, wird der Einbau einer kompakt gebauten Vorrichtung zwischen Rahmen 21 und Rad 1 beschrieben. In den Blockschemata (Fig. 5 bis Fig. 8) sind die Zusammenhänge schematisch dargestellt. Das Gehäuse 12 ist axial verschiebbar, gegen Verdrehen gesichert und so am Rahmen 21 befestigt, daß während der Fahrzeugbewegung das Gehäuse 12 durch die in Minus-Richtung wirkenden Zugfedern 17, die Bremskupplung 13 und, durch die ebenfalls in Minus-Richtung wirkende Druckfeder 18, die Mitnehmerkupplung 16 gelöst sind.

Das sich während der Vorwärtsbewegung linksdrehende Rad 1 dreht gleichzeitig die Welle 2 und die Mitnehmerscheibe 3. Außerdem wird das Innenteil der Freilaufkupplung 14c linksdrehend bewegt, aber kein Drehmoment über die Walzen 14b auf das Außenteil der Freilaufkupplung 14a übertragen.

Beim Bremsen des Fahrzeuges (Blockschema Fig.5) wird die Betriebsbremse 10-hydraulisch mit der üblichen Fahrzeug-Fußbremse gekoppelt-so betätigt, daß der Druckhsbel 11 das Gehäuse 12 in Plus-Richtung bewegt. Dabei wird die Bremskupplung 13 geschlossen, und die Brems-Gegenscheibe 9 und das Zahnrad 8 können keine Drehbewegung ausführen, während die Freilaufkupplung 14 weiterhin keine Drehmomente überträgt. Diö von der Setriebsbremse 10 ausgeübte Kraft bewegt außerdem über das Drucklager 15 die Mitnehmer-Gegenscheibe 4 in Plus^Richtung. Infolge des Zusammendrückens der Mitnehmerkupplung 16 wird die Mitnehmer-Gegenscheibe 4 linksdrehend mitgenommen und das Zahnrad 5 sowie die damit verbundene Vorgelegewelle 6 und das Innenende der Spiralfeder 7a rechtsdrehend bewegt. Die Zugfeder 22 rastet die Klinke 19a in das Klinkenrad 19 b der Sperrkupplung 19 ein, die eine Rechtsdrehung der Vorgelegewelle 6 zuläßt. Da das Außenende der Spiralfeder 7 b an dem feststehenden Zahnrad 8 befestigt ist, wird die Spiralfeder 7 rechtsdrehend gespannt, bis das Fahrzeug zum Stillstand gekommen ist. Wenn die Bewegungsenergie des Fahrzeuges größer ist als die speicherbare Energie der Spiralfeder 7, wird die Restenergie mit den üblichen Fahrzeugbremsen in Reibungswärme umgewandelt. Je nach vorgesehener Dauer des Fahrzeugstillstandes wird die Betriebsbremse 10 oder die Feststeilbremse 20 - gekoppelt mit der üblichen Fahrzeug-Handbremse- betätigt. Die Benutzung der Feststellbremse 20 in Plus-Richtung, was dem Zustand beim Parken entspricht, ist dem Blockschema Fig.6 dargestellt und funktioniert so, wie das oben beschriebene Betätigen der Betriebsbremse 10. Zur Beschleunigung des Fahrzeuges (Blockschema Fig. 7) bei Nutzung der in der Spiralfeder 7 gespeicherten Energie aus der Fahrzeugbewegung oder aus dem -stillstand ist die Betriebbremse 10 und/oder die Feststellbremse 20 zu lösen,. indem der Druckhebel 11 in Minus-Richtung bewegt wird. Das Gehäuse 12 wird durch die Zugfedern 17 und zusätzlich, infolge der Druckfedern 18, die Brems-Gegenscheibe 9, das Drucklager 15 und die Mitnehmer-Gegenscheibe 4 in Minus-Richtung bewegt, wodurch zunächst die Mitnehmerkupplung 16 und dann die Bremskupplung 13 gelöst und die Brems-Gegenscheibe 9

und die Mitnehmerscheibe 3 frei werden. Die geschlossene Klinkensperro 19 hält die Vorgelegewelle 6 und das Innenendo dor Spiralfeder 7 a fost. Die Energie der gespannten Spiralfeder 7 wird über das Außenende 7 b auf das Zahnrad 8 rechtsdrehend und auf die Brems-Gegenscheibe 9 linksdrehend übertragen. Die Freilaufkupplung 14 nimmt entsprechend ihrem Wirkungsprinzip bei Linksdrehung des Außenteiles 14a über die Walzen 14 b und das Innenteil 14c die Welle 2 mit und beschleunigt somit über das Rad 1 das Fahrzeug vorwärts.

Bei Rückwärtsbewegung des Fahrzeuges (Blockschema Fig. 8) ist zunächst - was gleichzeitig mit dem Einlegen des Rückwärtsganges erfolgen kann-die Klinkensperre 19 zu lösen. Infolgedessen wird die Vorgelegewelle 6 auch linksdrehend frei, und das Rad 1 kann sich ungehindert rechtsdrehend bewegen, da auch Kupplung 16 und Bremskupplung 13 gelöst sind.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Bremsenergiespeicherung in einer Spiralfeder mit Klinken- oder Freilaufsperren und Zahnrädern, gekennzeichnet dadurch, daß auf einer ständig mit dem oder den Rädern (1) in Eingriff stehenden Welle (2) zwei Reibscheiben-Kupplungspaare-eine Mitnehmerkupplung (16) und eine Bremskupplung (13)-einerseits über ein Drucklager (15) beweglich und andererseits über die nebeneinanderliegenden verzahnten Losescheiben der Kupplungen (16,13) - die Mitnehmer-Gegenscheibe (4) und die Brems-Gegenscheibe (9), die lose auf der Welle (2) gelagert sind, - und über einen Vorgelegetrieb, bestehend aus Vorgelegewelle (6) mit Anbindepunkt (7a) der Feder (7), damit fest verbundenem Zahnrad (5) und lose darauf gelagertem Zahnrad (8) mit Anbindepunkt (7b) der Feder (7), durch die Spiralfeder (7) miteinander gekoppelt sind und die Vorgelegewelle (6) peripher entgegen der indizierten Drehrichtung der Welle (2) und die Brems-Gegenscheibe (9) zentrisch entgegen der Drehrichtung der Welle (2) Sperren (19,14) aufweisen und die Mitnehmerscheibe (3) starr mit der Welle (2) verbunden und das Gehäuse (12), wie die Mitnehmer- sowie Brems-Gegenscheibe (4,9), gegen die Mitnehmerscheibe (3) axial verschiebbar sind und das Gehäuse (12) mit einer Betätigungseinrichtung (11,10,20) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Vorgelegewelle (6) einen konzentrischen Federstützring (24) aufweist, an dem das innere Federende (7a) befestigt ist und das äußere Federende (7b) mit einem Scharnier (23) peripher am Zahnrad (8) befestigt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen Mitnehmerscheibe (3) und Mitnehmer-Gegenscheibe (4) eine Druckfeder (18) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Sperrkupplungen (14,19) Rollenfreiläufe, Klinken-, Nocken- oder ähnliche Sperren sein können.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Sperren (14,19) einzeln oder gemeinsam, z. B. mit dem Rückwärtsgang, ausgerastet werden können.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß nicht das Gehäuse (12), sondern die Mitnehmerscheibe (3) auf der Welle (2) axial verschiebbar angeordnet und mit der Betätigungseinrichtung (11,10,20) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß mehrere Spiralfedern (7) gleicher oder unterschiedlicher Spannkraft parallel geschaltet werden können.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß mehrere Spiralfedern (7) gleicher oder unterschiedlicher Spannkraft über schwimmend gelagerte Stützringe und Zwischenscheiben hintereinander geschaltet werden können.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß der Vorgelegetrieb (4,5,6,8,9) ein Keilriemen- oder Kettentrieb oder dgl. ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß bei einem Keilriementrieb die Keilriemenscheibe (4) geteilt sein kann und als Mitnehmerkupplung (16) zur Anwendung kommt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, daß sie von einem speziellen Gehäuse oder Gehäuseteil (12) umgeben wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, gekennzeichnet dadurch, daß sie im Schaltgetriebe oder an der Welle (2) jeden Rades angebracht ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, gekennzeichnet dadurch, daß sie an treibenden oder getriebenen Wellen (2) oder Achsen angeordnet sein kann.