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Elektrische Lokomotive.
Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Lokomotiven und hat als ihr Hauptziel die Schaffung einer solchen Lokomotive, die wirksamer und wirtschaftlicher betrieben werden kann und die grössere Lasten anziehen und schwerere Züge führen kann. Es ist bekannt, dass ein gegebener elektrischer Motor mit grösster Leistung in einem gewissen Gesehwindigkeitsbereieh arbeitet und dass, wenn diese Gesehwindig- keit wesentlich kleiner oder grösser wird, die Leistung bedeutend kleiner wird, und auf Grund dieses Prinzips ist es ein Ziel der Erfindung, eine elektrische Lokomotive zu schaffen, die einen Hauptmotor oder eine Reihe von Hauptmotoren hat, die so ausgebildet sind, dass sie ihre grösste Leistung bei ver- hältnismässig hohen Geschwindigkeiten haben sollen, z.
B. bei 50 bis 100 km pro Stunde, und eine solche Lokomotive mit einem oder mehreren lieben-oder Hilfsmotoren zu versehen, die ihre grösste Leistung in einem sehr niedrigen Geschwindigkeitsbereich und ein sehr grosses Anzugsmoment haben. Ferner wird ein vollkommenes Ausrücken und Loslösen der Hilfsmotoren vorgesehen, um sie vor Abnutzung an ihren Verbindungsteilen zu bewahren, wenn ihre Arbeitsleistung nicht benötigt wird, und um auch die Hauptmotoren von ihrer Last zu befreien, die sie anderseits gleichzeitig mitbetreiben müssten.
In Verbindung mit letzterem Ziel sind auch Hilfsmotoren mit nur einer Drehrichtung vorgesehen, die gewöhnlich von der Achse oder den von ihnen getriebenen Rädern vollkommen ausgerückt sind und
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sind zum Antreiben durch die Hilfsmotoren Räder vorgesehen, die von einem kleineren Durchmesser sind als die von den Hauptmotoren betriebenen Räder.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, einen vereinigten Steuermechanismus für alle Motoren so vorzusehen, dass der Führer nicht mit getrennt betätigten Vorrichtungen überlastet wird, da es ausserordentlich wichtig ist, den Betrieb einer Lokomotive nicht mehr als notwendig zu verwickeln, um für den grössten Sicherheitsfaktor zu sorgen. Deshalb ist ein Steuermechanismus vorgesehen, der im wesentlichen selbsttätig in seiner Betätigung ist und unter der direkten Herrschaft des gewöhnlichen oder gebräuchlichen Steuermechanismus für elektrische Lokomotiven steht, während die einzige Sache. die dem Belieben des Führers bei der Erfindung überlassen wird, die Bestimmungsmöglichkeit ist, ob der Hilfsmotor überhaupt in Tätigkeit gesetzt werden soll oder nicht.
Wenn deshalb der Führer den oder die Hilfsmotoren benutzen will, legt er einfach einen Schalter um, der sie einschaltet, und danach handhabt er seine Hauptsteuerung in der gewohnten Art, wobei die Hilfsmotore selbsttätig eingerückt werden.
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motoren vorgesehen, der durch eine Solenoid im Stromkreis der Hauptmotoren so geschlossen wird, dass die Hilfsmotoren in Tätigkeit gesetzt werden, wenn die Belastung der Hauptmotore ein vorbestimmtes Mass überschreitet, und selbsttätig ausser Tätigkeit geschaltet werden, wenn die Belastung der Hauptmotoren unter das Mass sinkt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Fig. 1 ist ein Seitenaufriss einer elektrischen Lokomotive, die vorliegende Verbesserungen verkörpert. Fig. 2 ist ein Grundriss eines Drehgestells mit kleineren Rädern, auf die der verbesserte Hilfsmotor angewendet wird, Fig. 3 ist eine halbe Ansieht ähnlich Fig. 2, aber mit gewissen Teilen des Einrückmechanismns für den Hilfsmotor im Schnitt. Fig. 4 ist ein teilweiser Seitenaufriss und vertikaler Längsschnitt durch die Anordnung der Fig. 3. Fig. 5 ist ein Schaltschema eines für den Gebrauch der Erfindung geeigneten Stener- mechanismus.
In der bevorzugten Verkörperung der Erfindung nach den Zeichnungen ist die elektrische Lokomotive 5 mit vier Hauptantriebsachsen 6,7, 8 und 9 versehen, wobei die Achse jedes solchen Räder- paares mit den üblichen Hauptantriebsmotoren 10, 11, 12 und 13 versehen ist.
An jedem Ende der Lokomotive ist ein Drehgestell M mit einem Paar Achsen 15. Dort befindet sich ein Motor 16 zum Antreiben der inneren Achse des einen Drehgestelles 14 und ein Motor 17 zum Antreiben des andern Drehgestelles 14.
Die Fig. 3 und 4 zeigen nur die linke Hilfsmotordrehgestellkonstruktion, und in der folgenden Beschreibung wird besonders auf dieses linke Drehgestell hingewiesen, aber das rechte Drehgestell ist selbstverständlich im wesentlichen mit dem linken identisch, ausser dass der Motor 17 und alle mit ihm verbundenen Teile umgekehrt angeordnet sind.
In Fig. 1 ist noch zu beachten, dass die Räder 18 am Drehgestell 14 im Durchmesser kleiner sind als die Haupträder der Lokomotive und dass der Motor 16 die innere Achse 1 seines Drehgestelles mittels
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des Antriebsritzels 19, der Zwischenräder 20 und 21 und des Achsenzahnrades 28 anzutreiben vermag. Das Achsenzahnrad 22 ist natürlich auf der Achse 15 befestigt, und das Antriebsritzel19 ist auf den Querwellenschaft 23 aufgesetzt, der durch den Motor 16 mittels der nachgiebigen Kupplung 24, der Triebwelle 25 und des Kegelradgetriebes 26 und 27 angetrieben wird.
Es ist jedoch zu beachten, dass diese besondere Verbindungsform zwischen dem Motor 16 und dem Antriebsritzel 19 nicht wesentlich ist, da jede andere Anordnung auch angenommen werden oder der Motor 16 in direktem Antrieb mit dem
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Die Zwischenzahnräder 20 und 21 sind auf einem Schwingglied 28 befestigt, das auf der Welle 23 als Drehpunkt zu schwingen vermag. Das Zahnrad 20 ist immer in Eingriff mit dem Antriebsritzel 19, das Zahnrad 21 immer in Eingriff mit dem Zahnrad 20, und in unwirksamer Lage sind beide Zahnräder 20 und 21 ausser Eingriff mit dem Achsenzahnrad 22, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist.
Falls der Motor 16 (und ebenso auch der Motor 17) ein Motor für nur eine Drehriehtung ist, ist zu beachten, dass die Achse 15 in einer Richtung gedreht wird, wenn das Zahnrad 20 mit dem Zahnrad 22 in Eingriff steht, und in umgekehrten Richtung, wenn das Zahnrad 21 mit dem Zahnrad 22 in Eingriff steht.
Der Eingriff mit den Zahnrädern 20 und 21 wird mittels einer von einer Druckflüssigkeit betätigten Motorvorriehtung 29 hergestellt, in der ein Kolben 30 hin und her geht, der mittels der Stange 31, Auge 32 und Stift 33 mit dem Schwingglied 28 in Verbindung steht, wie in Fig. 4 dargestellt.
Wenn Druck auf die obere Seite des Kolbens ausgeübt wird, wird das Schwingglied 28 entgegen dem Uhrzeigersinne gedreht und das Zahnrad 21 in Eingriff mit dem Zahnrad 22 gerückt ; wenn aber Druck auf die untere Seite des Kolbens 30 ausgeübt wird, wird das Schwingglied 28 im Uhrzeigersinne gedreht und das Zahnrad 20 in Eingriff mit dem Zahnrad 22 gerückt. Im letzteren Falle ist das Zahnrad 21 so angeordnet, dass es nicht mit dem Antriebsritzel 19 kämmt.
Die besonders dargestellte Getriebeanordnung bildet keinen Teil der Erfindung, aber sie wurde in dieser Ausführlichkeit gezeichnet und beschrieben, um die Erläuterung vollständig zu machen. Die Motoren 16 und 17 werden vom Gestell des Drehgestelles 14 mittels des Trägers oder U-Eisens 34, der herabhängenden Hebel 35 und der Querstange 36 getragen.
Bezüglich Fig. 5 ist zu beachten, dass die DruckflÜssigkeit zur Betätigung des Kolbens 30 der
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Mitte des Zylinders, in dem der Kolben 30 hin und her geht, befindet sich ein Luftaustrittsrohr 40, das zur Vorderseite des Kolbens 41 im Zylinder 42 führt, wobei der Kolben dazu dient, den Schalter 43 zur
Schliessung des Stromkreises zwischen den Kontakten 44 und 45 zu bewegen, wenn dieses gemäss folgender Beschreibung nötig wird.
Der Fluss der Druckflüssigkeit durch die Rohre 38 und 39 wird mittels einer elektrisch betätigten Ventilvorrichtung 46 gesteuert. Wenn die Ventilvorrichtung 46 nach links bewegt wird, wird der Teil 47 aufgesetzt und schliesst die Verbindung zwischen den Rohren 37 und 38 ab. In dieser Stellung kann das Druckmittel oberhalb des Kolbens 30 durch das Rohr 38 austreten ; das austretende Druckmittel geht dann hinter den Teil 48 der Ventilvorrichtung 46 und durch den Austrittskanal 49 heraus.
Das Ventil 47 wird gewöhnlich in geschlossener Lage entweder durch den Druck der Flüssigkeit oder mittels einer geeigneten, nicht gezeichneten Federvorrichtung gehalten.
Um das Ventil 47 zu öffnen und Ventil 48 zu schliessen, muss die Ventilvorrichtung 46 nach rechts bewegt werden, und dies wird elektrisch mittels des Solenoids 50 ausgeführt, dessen Kern mit der Ventileinrichtung 46 verbunden ist. Wenn der Strom auf das Solenoid 50 wirkt, vermag der Kern 51 nach rechts bewegt zu werden, um das Ventil 48 zu schliessen und Ventil 47 zu öffnen und dadurch die Druckflüssigkeit vom Rohr 37 nach Rohr 38 zu leiten, das zu der oberen Seite des Kolbens 30 führt. Wie schon oben beschrieben, bringt dies das Zahnrad 21 mit dem Achsenzahnrad 22 in Eingriff.
Ein ganz ähnlicher Ventil- und Solenoidmechanismus 46-51 ist für die Steuerung des Abzweigrohres 39 vorhanden, das zu der unteren Seite des Kolbens 30 führt. Wenn dieser andere Mechanismus in Tätigkeit kommt, wird der Kolben 30 aufwärts bewegt und das Zahnrad 20 wird mit dem Zahnrad 22 in Eingriff gebracht, um die Achse 15 in der andern Richtung anzutreiben.
Der Strom zur Betätigung der Solenoide 50 tritt durch die Drähte 52 und 53 ein, wobei der Draht 52 von dem Hauptkontakt der Steuerung, z. B. für die Rüekwärtsbewegung der Lokomotive, kommt und der Draht 53 von dem Hauptkontakt der Steuerung für Vorwärtsbewegung der Lokomotive. Der Stromkreis durch den Draht 52 ist gewöhnlich durch den Solenoidschaltermechanismus 54 unterbrochen und der Stromkreis durch den Draht 53 durch den Solenoidschaltermeehanismus 55.
Die Solenoide 54 und 55 werden durch einen Relaisstromkreis 56 betätigt, der in die Hauptleitung 57 abzweigt, die von der Steuerung zu den Hilfsmotoren 16 und 17 führt. In andern Worten, wenn die Hilfs- motoren in Tätigkeit gesetzt werden, sind die Stromkreise für die Solenoidschalter 54 und 55 so geschlossen, dass auch die Leitungen 52 und 53 geschlossen sind.
Es ist ein Handschalter 58 und ein anderer Handschalter 59 in den Stromkreisen 52 bzw. 53
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Wenn z. B. der Schalter 58 so bewegt wird, dass der Kontakt 60 den Stromkreis über den Kontakt 61 schliesst, wird nur der Hilfsmotor 17 am rechten Ende der Lokomotive in Tätigkeit gesetzt. Aber wenn der Schalter 58 so in seine Mittellage geschoben wird, dass der Stromkreis über die Kontakte 60 und 62 und die Kontakte 63 und 64 geschlossen wird, werden beide Hilfsmotoren 16 und 17 in Tätigkeit gesetzt.
Wenn endlich der Schalter 58 in seine äusserste rechte Lage geriickt wird, wird nur der Stromkreis des linken Hilfsmotors durch die Kontakte 60 und 65 geschlossen.
Eine ähnliche Anordnung wie die soeben beschriebene ist auch mit dem Schalter 59 möglich.
Fernerhin kann der Schalter 59, wenn es so gewünscht wird, mit dem Schalter 58 so in Wechselwirkung
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11, 12 und 13 abhängt. Wenn die Hauptmotoren in der einen Richtung betrieben werden, fliesst der Strom durch den Stromkreis 58, und kein Strom fliesst durch den Stromkreis 53 ; wenn aber die Loko-
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Strom fliesst durch den Stromkreis 52. Wenn die Lokomotive in der einen Richtung führt, werden die Stromkreise für beide Motoren durch die Drähte 52 und 52a hergestellt, und wenn sich die Lokomotive in der entgegengesetzten Richtung bewegt, durch die Drähte 53 und 53a.
Um ein Aufeinanderprallen der Zahnräder 20 und 21 mit dem Zahnrad 22 während der Einrüekung zu verhindern, müssen sieh die Zahnräder 20 und 21 notwendigerweise mit einer verhältnismässig langsamen Tourenzahl drehen, und dies wird mittels folgenden Mechanismus erreicht. In den Stromkreis 57,
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langsame Drehung des Antriebsritzels zu veranlassen. Wenn nun der Kolben 30 bewegt wird, werden deshalb die Zahnräder 20 und 21 mit langsamer Tourenzahl gedreht, bis der Eingriff vollständig ist. worauf dann der Kolben 30 das Rohr 40 aufdeckt, das zum schon beschriebenen Kolben 41 führt.
Dieser Kolben 41 wird dann verschoben, um den Stromkreis zwischen den Kontakten 44 und 45 zu sehliessen, worauf die Leitung 67 den Widerstand 66 kurzschliesst und es ermöglicht, dass die Hilfsmotoren als Antriebsfaktoren arbeiten.
Insofern die Hilfsmotoren 16 und 17 nur beim Anfahren oder bei verhältnismässig niedrigen Geschwindigkeiten die Lokomotive treiben helfen sollen, werden sie nach der Erfindung von der Belastung der Hauptmotoren 10-13 abhängig gemacht. Dieses wird durch die Einführung des Solenoid schalters 68 in die Zuführleitung 57 für die Hilfsmotoren erreicht. Die Wicklung des Solenoidschalters 68 spricht direkt auf die Belastung der Hauptmotoren an, die durch die Leitung 69 geht, so dass, wenn diese Belastung oberhalb einer vorbestimmten Grenze ist, wie es beim Anfahren oder Ziehen des Zones sauf einer starken Steigung der Fall sein würde, der Schalter 68 geschlossen wird und die Hilfsmotoren in Tätigkeit gesetzt werden, wenn aber die Lokomotive gut angefahren ist und mit einer Geschwindigkeit z.
B. von 50 & H : pro Stunde und darüber fährt, reicht die Belastung der Hauptmotoren nicht aus, um den Schalter 68 geschlossen zu halten, worauf die Hilfsmotoren selbsttätig ausser Tätigkeit gezogen werden.
Um die Hilfsmotoren und ihren Einrüekmeehanismus im Falle eines Ausbleiben der Druckluft bzw. der Druckflüssigkeit zu schützen, ist auch in die Leitung 57 ein zweiter Schalter 70 eingeführt. der gewöhnlich in geschlossener Stellung gegen die Kontakte M mittels des mit Druckflüssigkeit betätigten Kolbens 72 gehalten werden kann ; die Verbindung mit der Druckfliissigkeitsquelle wird durch das Rohr 73 hergestellt.
In der Besehreibung des Hilfsmotorsteuermeeha. nismus ist in den meisten Fällen die Erklärung auf den Hilfsmotor 16 beschränkt worden, aber selbstverständlich wird der Hilfsmotor 17 in genau derselben Weise gesteuert.
Ein übliches Steuerungssystem für die Hauptmotoren 10-13 ist in Fig. 5 durch den mit 74 bezeichneten Teil der Anlage dargestellt und ein typisches Stromzufülirungssystem ist in Fig. 5 durch den mit 75 bezeichneten Teil der Anlage dargestellt. Dies bildet jedoch keinen Teil der Erfindung.
Wie gezeigt wurde, sind die beiden Hilfsmotoren 16 und 17 in entgegengesetzten Richtungen angeordnet, so dass notwendigerweise, um ihre Kraft zum Antreiben der Lokomotive in derselben Richtung zu verwenden, ein Hilfsmotor durch das Zahnrad 20 antreibt, während der andere Hilfsmotor durch das Zahnrad 21 antreibt und umgekehrt.
Eine in dieser Weise ausgeführte elektrische Lokomotive kann viel wirksamer und wirtsehaftlieher betrieben werden, da die Hauptmotoren 10-13 so konstruiert werden können, dass sie ihre wirksamste Leistung bei einer Durehsehnittsgeschwindigkeit, z. B. zwischen 50 und 100 km pro Stunde, entwickeln können. Zu solchen Seiten sind die Anfahrmotoren 16 und 17 ausgeschaltet und in der Tat vollkommen von den durch sie getriebenen Achsen getrennt, so dass alle unnötige Abnutzung der Verbindungsteile vermieden wird und die Hauptmotoren nicht gezwungen sind, die Last anzutreiben, die bestehen würde, wenn die Hilfsmotore in Eingriff mit ihren Achsen gelassen werden würden.
Fernerhin können sehr starke Motoren für die Achsen 15 verwendet und ein sehr starkes Anzugsmoment kraft der Tatsache entwickelt werden, dass die Räder 18 von kleinerem Durchmesser als die Haupträder 6-9 sind.
Ein anderer Vorteil liegt darin, dass die Hilfsmotoren billiger hergestellt werden können, da sie kleiner als die Hauptmotoren sind und doch die für die Anfahren eines schweren Zuges notwendige
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Kraft reichlich vorhanden ist. Wenn einmal der Zug angezogen worden ist, genügen dann die Hauptmotoren, um die Last zu übernehmen, und die Hilfsmotoren, die in dieser Zeit nicht so wirksam wie die
Hauptmotoren arbeiten können, werden ausgeschaltet und vollkommen von ihren Achsen getrennt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrische Lokomotive, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Hauptmotor, einen Hilfsmotor und elektrisch betätigte Organe zum Schliessen des Hilfsmotorstromkreises, wenn der Stromverbrauch des Hauptmotors ein vorbestimmtes Mass übersteigt, aufweist.