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Sehwungradspeicher für Kraftfahrzeuge aller Art.
Die Erfindung stellt vorzugsweise eine Weiterbildung der in der deutschen Patentschrift Nr. 361095 beschriebenen Einrichtung zum Beschleunigen von Kraftfahrzeugen aller Art durch schnellaufende
Speicherschwungräder dar. Sie stellt sich zur Aufgabe, die durch die frühere Erfindung für Grossbetrieb ermöglichte, an sich hohe Beschleunigung derartiger Fahrzeuge oder Züge noch weiter um ein Mehrfaches zu erhöhen. Dies ist insbesondere dann von erheblicher Bedeutung, wenn die betreffenden Fahrzeuge verhältnismässig oft anhalten und nachher wieder auf Geschwindigkeit gebracht werden müssen. Alsdann ist eine besondere hohe Anfahrbeschleunigung für die Erzielung einer hohen mittleren Fahrgeschwindigkeit zwischen den Haltestellen unumgänglich.
Zwar besteht schon nach der älteren Erfindung die Möglichkeit, für den Anfahrvorgang nicht nur die Leistung des Antriebsmotors selbst zu nützen, sondern auch zusätzlich das Mehrfache seiner Leistung dem Schwungrad zu entnehmen und dadurch Anfahrkräfte von früher nicht erreichbarer Höhe zu erzielen. Es ergibt sich hiebei aber leicht die Schwierigkeit, dass die Triebachse überlastet werden und zu "schleudern" beginnen, wodurch die Speichereinrichtung in ihrer Wirkung wesentlich vermindert wird.
Gemäss der Erfindung arbeitet die Speichereinrichtung ganz oder teilweise auf zusätzliche Antriebsachsen. Hiedurch werden die Adhäsion und damit auch die erzielbare Gesamtumfangskraft am Radumfang und die mögliche Beschleunigung beträchtlich vergrössert. Erst so kann die durch die Speichereinrichtung gegebene Zusatzleistung überhaupt ausgenutzt werden, ohne dass vermeidbare Energieverluste, Abnützungen von Radreifen und Schiene, Zerstörung der Gummireifen und Strassendecken, Zurückgehen des Reibungskoeffizienten der Ruhe auf den kleineren der Bewegung und noch andere Nachteile eintreten.
Ausserdem ergibt die Erfindung eine viel grössere Freiheit in der Anordnung von Motor, Getriebe und Speichereinrichtung, was insbesondere bei enggebauten Drehgestellen, Lokomotiven und Autos von Bedeutung ist. Man ist sogar vollkommen frei, den Hauptmotorantrieb auf ein Drehgestell oder den Haupttriebwagen, den Speicherantrieb dagegen auf ein anderes Drehgestell oder auf andere Wagen, Anhänger, Tender od. dgl. wirken zu lassen und dadurch nicht nur die Anfahrzugkräfte, sondern auch (natürlich für kürzere Zeit) die überwindbaren Steigungen um ein Mehrfaches zu erhöhen. Ausserdem lassen sich erhebliche Vorteile in bezug auf günstige Gewichtsverteilung, erhöhte Zugängigkeit u. a. erreichen.
Dabei ist die Erfindung auf alle Arten von Kraftfahrzeugen auf Strassen, Schienen, im Wasser oder in der Luft, mit Dampf-, Verbrennungsmotor-oder elektrischem Antrieb von einem Stromnetz aus und mit beliebigen Übertragungsgetrieben und Schleifkupplungen mechanischer, hydraulischer, pneumatischer oder elektrischer Art anwendbar. Bei Antrieben für Wasser-oder Luftfahrzeuge werden die Triebräder sinngemäss durch die betreffenden Propellersysteme gebildet.
Die Erfindung kann im einzelnen in mannigfache Art durchgebildet werden. So kann z. B. das Speicherschwungrad in bekannter Weise vom Hauptmotor, etwa einem Verbrennungsmotor, oder erfindungsgemäss einem netzgespeisten Elektromotor oder aus der Wucht des zu bremsenden Zuges, mit oder ohne Mitwirkung der Hauptantriebsmaschine geladen werden. Es kann aber auch ein besonderer Motor für das Laden des Speicherschwungrades dienen, der wieder von der Hauptmaschine unabhängig (z. B. netzgespeister Hilfselektromotor) oder mit der Hauptmaschine teilweise zusammenhängend sein
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kann (Abgasturbine hinter dem Hauptverbrennungsmotor, Hilfsturbine oder-dampfmaschine, aus dem Kessel der Dampflokomotive betrieben).
Die Zeichnung zeigt verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Fig. 1 zeigt ein Automobil oder ein entsprechendes Schienenfahrzeug, das vom Motor 1 über das mechanische, hydraulische oder elektrische Hauptgetriebe 2, die Gelenkwelle 3 und das mit oder ohne Umsteuerung wirkende Kegelradgetriebe 4, das auf die Triebachse 5 die normalen, beim Anfahren durch das Getriebe 2 gesteigerten Drehmomente überträgt, angetrieben wird.
Die Speichereinrichtung besteht z. B. aus der Zahnradübersetzung 6,7 ins Schnelle, dem Speicherschwungrad 8 und den beiden am besten hydraulischen Schaltkupplungen 9 und 10, welche in bekannter Weise nach der deutschen Patentschrift Nr. 361095 zum Laden oder Entladen des Schwungrades verwendet werden können.
Die Speichereinrichtung arbeitet erfindungsgemäss nicht auf die Triebachse 5, sondern durch die Gelenkwelle 12 der Zahnradübersetzung 13, 14 (vorzugsweise ins Langsame) auf das Kegelradgetriebe 4' und die Triebachse 5'.
Die Einrichtung kann beipielsweise folgendermassen betrieben werden : Bei stillstehendem oder ohne Antrieb frei auslaufendem Fahrzeug wird das Hauptgetriebe 2 z. B. durchAuskupplung abgeschaltet.
Gleichzeitig wird der Motor 1 bei ausgeschalteter Kupplung 10 durch Einschalten der Kupplung 9 auf das Speicherschwungrad 8 geschaltet, bis dasselbe mit genügender kinetischer Energie geladen ist.
Soll nun angefahren oder das Fahrzeug wieder auf Höchstgeschwindigkeit gebracht werden, EO werden das Hauptgetriebe 2 und damit der Antrieb der Triebachse 5 wieder eingeschaltet, während gegebenenfalls die Kupplung 9 zur Abtrennung des Speichers vom Motor gelöst wird. Durch Einschalten
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gespeicherte Energie an diese abgeben kann. Dadurch wird eine Überlastung der Triebachse 5 vermieden und eine beliebig starke Beschleunigung des Fahrzeuges herbeigeführt. Ist die Drehzahl des Schwungrades genügend weit gesunken, so wird es durch die Kupplung 10 von seiner Triebachse 5'abgeschaltet und gegebenenfalls durch Einschalten von 9 wieder mit dem Motor verbunden, dessen Drehzahlschwankungen in wechselndem Gelände es dann entsprechend mildert.
Fig. 2 zeigt eine verwandte Anordnung von etwas abweichender Bauart. Ausser der vom Motor 1 angetriebenen Achse 5 sind zwei zusätzliche Antriebsachsen 5', 5"vorgesehen. Das grosse Zahnrad 6 treibt durch die Ritzel 7 und 7'und Kupplungen 9 und 9'die beiden Schwungräder 8 und 8'an, welche durch die Schaltkupplungen 10 und 10'auf die Triebachse 5'und 5"arbeiten. Auf diese Weise lässt sich für schnelle Anfahrt und vorübergehend auf Steigungen der Grössenordnung nach die dreifache Adhäsionskraft und eine entsprechende Motorleistung nutzbar machen.
Dabei ist es vollkommen gleichgültig, ob eine der beiden Triebachse 5', 5"oder ob beide dem gleichen Fahrzeug angehören wie die Triebachse 5, oder irgendeinem andern, z. B. einem Anhänger oder einem Lokomotivtender.
Fig. 3 zeigt an Hand eines weiteren Ausführungsbeispieles, wie die Erfindung besonders vorteilhaft in der Form angewendet werden kann, dass der Schwungradspeicher 8 nicht unmittelbar mechanisch vom'Hauptmotor 1, sondern von einem Hilfsmotor, etwa einer Abgas-oder Abdampfturbine 21 angetrieben wird. Die Turbine 21 ist dem Hauptmotor 1 nachgeschaltet, indem dessen Abgas-bzw. Abdampfleitung 22 an die Eintrittsdüse 20 der Turbine 21 angeschlossen ist. Bei einer solchen Anlage ergibt sich eine besonders grosse Freiheit in der Anordnung der einzelnen Hauptteile, nämlich des Motors 1, des Getriebes 2, der Hilfsturbine 20, 21, des Schwungrades 8 und der Speichertriebachse 5'.
Auch hier können beliebig viele Schwungräder einzeln oder gemeinsam durch eine oder mehrere Hilfsantriebsmaschinen (Abgasturbinen, Hilfsdampfmaschinen oder-dampfturbinen, elektrische Nebenmotoren oder irgendwelche Kombinationen derselben, die vorzugsweise mit der Energiequelle durch Gelenkrohrleitungen verbunden sind) angetrieben werden.
Fig. 4 zeigt eine Anlage für eine Dampflokomotive, deren Hauptmaschine in üblicher Weise mit beliebig vielen unmittelbar auf die Triebräder wirkenden Dampf Zylindern ausgerüstet ist. Der Schwungradspeicher wird hier beispielsweise durch eine unmittelbar oder mittelbar aus dem Hauptkessel gespeiste schnellaufende Hilfsdampfmaschine mit Zahnradübersetzung ins Schnelle oder durch eine entsprechende, gegebenenfalls unmittelbar mit dem Schwungrad B gekuppelte Hilfsturbine 25 mit Eintrittsdüse 26 angetrieben.
Dieser Hilfsmaschinensatz sitzt entweder z. B. bei Tenderlokomotiven auf der Maschine selbst oder bei Lokomotiven mit getrenntem Tender gegebenenfalls auf dem letzteren. Die Energieübertragung vom Hauptfahrzeug auf das beweglich angekuppelte Nebenfahrzeug lässt sich in allen Fällen leicht durchführen, weil entweder nur verhältnismässig dünne Dampfleitungen oder dünne hochtourig Wellen als Kraftleitungsglieder in Frage kommen.
Der Durchmesser und die Drehzahl der Hilfsantriebsräder kann dabei beliebig sein, d. h., sie brauchen nicht mit den entsprechenden Grössen der Haupttriebräder übereinzustimmen ; bei der Anordnung gemäss der Erfindung wird es also beispielsweise möglich, die Laufräder der Lokomotive für die Entwicklung der Anfahrkraft heranzuziehen, wie in Fig. 4 veranschaulicht ist. Die Gruppe der H ; lfs-
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antriebsräder kann gegebenenfalls durch Kupplungsstangen verbunden sein, in welchem Fall es genügt, eine Achse dieser Gruppe durch Zahnräder vom Hilfsmaschinensatz aus anzutreiben. Wird der Antrieb durch eine Längswelle unmittelbar den verschiedenen Achsen der Hilfsgruppe zugeleitet, so empfiehlt es sich unter Umständen, Kupplungen 27'und 27" (Fig. 4) vorzusehen, um die Achsen einzeln ab-und zuschalten zu können.
Für den Rückwärtsgang der Lokomotive kann es zweckmässig sein, die Dampfturbine umsteuerbar auszubilden, anstatt ein besonderes Wendegetriebe in den Antrieb der Hilfsgruppe einzuschalten. Am einfachsten wird dann das Turbinenrad so ausgebildet, dass es zwei gleichartige entgegengesetzt gerichtete Schaufelkränze mit entsprechenden Düsen, die wechselweise angeschaltet werden können, enthält.
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dem nach Fig. 1 ausgebildet ist. Der Motor 1'treibt, zweckmässig unter Einschaltung einer Kupplung 30, die Haupttriebachse 5 mittels des Stirnräderpaares 2', 3'an, während das über 6,7 und 9 angetriebene
Schwungrad 8 über ein doppeltes Stirnrädergetriebe 13, 14 und 31, 32 auf die zusätzliche Antriebsachse 5' arbeitet.
Bei der Anordnung nach Fig. 6 ist der Motor T nicht unmittelbar mit der Welle des Ritzels 2' gekuppelt, vielmehr wird auch der Hauptantrieb über die Schwungradwelle 7 geleitet, die die Welle des Ritzels 2'mittels der zugefügten Räderübersetzung 31', 32'in Drehung versetzt. An Stelle der
Kupplung 30 der Fig. 5, welche eine hydrauliche Kupplung sein kann, ist hier die Kupplung 30'auf der verlängerten Schwungradwelle vor dem Getriebe 31', 32'vorgesehen. Die Anordnung hat den Vorteil, dass diese Kupplung, was für schwere Fahrzeuge in Betracht kommt, wesentlich kleiner als im vorhergehenden Falle ausgebildet werden kann.
Fig. 7 zeigt an Hand einer schematischen Darstellung, wie der Antrieb nach Fig. 5 bei einem mittels Tatzenlagermotors angetriebenen Schienenfahrzeug baulich zu gestalten ist. Die Teile 1'-14 sind in einem Gehäuse 33 untergebracht, das schwingbar auf der Hauptantriebsachse 5 gelagert und bei 34 am Wagenrahmen abgestützt ist. Das Räderpaar 31, 32 ist für sich in einem Gehäuse 35 angeordnet, das auf der zusätzlichen Antriebsachse 5'drehbar und bei 36 abgestützt ist. Die Zahnräder 14 und 31 sind durch eine Welle mit den Gelenken 11 gekuppelt. Der ganze Antrieb lässt sich, wie ersichtlich, bequem innerhalb des geringen Zwischenraumes zwischen den beiden Fahrzeugaehsen unterbringen.
Die Fig. 8 a-8 e beziehen sich auf den Fall eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges. Bei diesem Fahrzeug ist neben dem Hauptmotor 1/, der gemäss Fig. 8 a wieder über ein Stirnräderpaar 2', 3'auf die Haupttriebachse 5 wirkt, ein besonderer Hilfsmotor 1"zum Laden des Speichers 8 vorgesehen.
Die Fig. 8 a-8 il zeigen verschiedene Schaltungsmöglichkeiten dieses Hilfsmotors in Verbindung mit dem Speicher und der zusätzlichen Triebachse 5'.
Bei der Anordnung der Fig. 8 b kann der Hilfsmotor 1" entweder elektrisch eingeschaltet oder abgeschaltet sein. Im ersteren Falle arbeiten Hilfsmotor 1" und Schwungradspeicher 8 gemeinsam auf der zusätzlichen Triebachse 5', während bei elektrisch abgeschaltetem Motor nur die Energie des Schwungrades 8 auf die Triebachse 5'übertragen wird.
Bei der Anordnung der Fig. 8 c besteht zusätzlich die Möglichkeit, mittels der Kupplung 9 das Schwungrad 8 abzuschalten. Es können infolgedessen entweder der Hilfsmotor 1" oder das Schwungrad 8 oder beide gemeinsam Energie an die Triebachse 5'abgeben.
Bei der Anordnung der Fig. 8 il liegt die lösbare Kupplung 9'nicht zwischen Zahnradgetriebe 6,7 und Schwungrad 8, sondern zwischen dem ersteren und dem Hilfsmotor 1". Auf diese Weise kann der Hilfsmotor 1" nicht nur elektrisch, sondern auch mechanisch abgeschaltet werden.
Fig. 8 e deutet die Anordnung einer Manövrierpumpe 37 an, die von einem zusätzlichen kleinen Hilfsmotor 38 angetrieben wird und die Aufgabe hat, die Betriebsflüssigkeit für die vorgesehenen hydraulischen Getriebe 9, 10 zu liefern.
Im Falle des getrennten Antriebes durch Hilfsmotoren können die letzteren erfindungsgemäss mit dem Hauptmotor in ähnlicher Weise, wie dies bei elektrischen Fahrzeugen mit mehreren Hauptmotoren bekannt ist, der Reihe nach hintereinander und parallel geschaltet werden. So können z. B. beim Anfahren der Hauptmotor und der Hilfsmotor in Serie, bei höherer Geschwindigkeit dagegen parallel arbeiten. Insbesondere gilt dies für den Fall der elektrischen Fahrzeuge, was natürlich nicht ausschliesst, dass die fraglich Schaltung auch bei Fahrzeugen anderer Art, bei denen z. B. Verbrennungs-oder Dampfmotoren als Hilfsmotoren benutzt werden, mit gleichem Vorteil anwendbar ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Kraftfahrzeug mit einem oder mehreren Schwungräder zur Aufspeicherung von kinetischer Energie, die bei Beschleunigung des Fahrzeuges oder bei Überwindung von Steigungen zur Unterstützung des Hauptantriebe herangezogen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung ganz oder teilweise auf eine oder mehrere zusätzliche Antriebsachsen wirkt.