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Antriebsanlage mit beschränkt regelbarem Antriebsmotor, insbesondere für Schienentriebfahrzeuge mit Dieselmotor
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bei von einer eingangs beschriebenen Antriebsanlage mit beschränkt regelbarem Antriebsmotor sowie mit einem Getriebe ausgegangen, das mindestens für seinen unteren Arbeitsbereich einen Strömungswandler besitzt, und wobei ferner eine zum Einstellen der Abtriebsleistung dienende Einstellvorrichtung (z. B. ein
Geschwindigkeitsregelhebel, eine Fahrkurbel od. dgl.) vorgesehen ist, die mit dem Motorregelorgan (bei- spielsweise mit der Einspritzpumpe oder der Drosselklappe des Motors) in Steuerverbindung steht.
Gemäss der Erfindung wird für eine solche Antriebsanlage vorgeschlagen, dass der Strömungswandler an sich bekannte Steuerorgane zum Verändern der Wandlerfüllung und/oder des Wandlerüberdruckes auf- weist, dass ferner die Einstellvorrichtung für die Abtriebsleistung ausserdem mit diesen Steuerorganen des
Strömungswandlers in Steuerverbindung steht und dass mittels der Einstellvorrichtung sowie ihrer Steuer- verbindungen (beispielsweise mittels Gestängeverbindungen mit Leerhub und einer Kurvenscheibe)
inner- halb eines dem unteren Leistungsbereich entsprechenden Verstellbereichs die Wandlerfüllung und/oder der
Wandlerüberdruck veränderbar sind und hiebei die Motordrehzahl auf eine etwa konstante kleine Drehzahl - vorzugsweise die Leerlaufdrehzahl - eingestellt bleibt und dass ferner innerhalb eines dem oberen Leistungsbereich entsprechenden Verstellbereiches der Einstellvorrichtung die Motordrehzahl zwischen klei- ner und höchster Drehzahl veränderbar ist.
Es hat sich nämlich gezeigt, dass-durch das Steuern des Überdruckes und insbesondere der Füllung im Wandler der Luftgehalt der Arbeitsflüssigkeit und damit auch deren Dichte (die ja für die Übertragungsfähigkeit sehr massgebend ist) geändert wird und dass dies eine besonders vorteilhafte Massnahme darstellt, um in dem Arbeitsbereich mit kleinen Leistungen die Leistungsaufnahme und -abgabe des Wandlers zu regulieren und praktisch bis herab auf Null zu verringern. Dabei kann in diesem Betriebsbereich die Leistungsregelung genau so stetig wie etwa bei Strömungswandlern mit verschwenkbaren Schaufeln erfolgen, so dass mit der erfindungsgemässen Einrichtung ein feinfühliges Rangieren mit beliebig kleinen Zugkräften bei kleinen Fahrgeschwindigkeiten möglich ist.
Ausserdem lässt sich für das Getriebe dieser Antriebsanlage eine sehr zweckmässige Strömungswand- lerbauart verwenden, deren Übertragungsfähigkeit nämlich nur durch Verändern des Füllungsgrades und/oder des Fülldrucks beeinflussbar ist ; d. h. also, dass der oder die Wandler keine verschwenkbaren Schaufeln, Ringschieber oder ähnliche verwickelte Regeleinrichtungen mehr aufzuweisen brauchen und somit einen bedeutend geringeren Bauaufwand erfordern als die sonst üblichen Regelwandler.
Bei vollhydraulischen Getrieben musste übrigens auch bisher schon eine Füllpumpe sowie ein Steuerorgan (Steuerkolben od. dgl.) vorgesehen sein, dass die Zu - und Ablaufkanäle des bzw. der Wandler beim Ein-und Ausschalten (durch Füllen und Entleeren) öffnet bzw. schliesst. Wenn nun bei der erfindungsgemässen Einrichtung das Verändern des Überdruckes und des Füllungsgrades im Strömungswandler in vorteilhafter Weise durch Steuern des Wandlerzu-und/oder'abflussquerschnittes erfolgt, dann ist es nur mehr erforderlich, die Steueröffnungen der vorgenannten Steuerorgane geeignet auszubilden und deren Verstellbewegung entsprechend vorzunehmen.
Man kann somit eine sehr einfache Wandlerbauart mit festen Schaufeln und eine ebenfalls einfache und längst bewährte Füllungssteuerung verwenden, so dass dann der Antrieb grösste Einfachheit und Betriebssicherheit bei kleinstmöglichem Preis erzielen lässt.
Der Gedanke, die von einem Strömungskreislauf zu übertragende Leistung durch Steuern des Füllungsgrades und erforderlichenfalls auch des Fülldruckes zu regulieren, ist an sich schon bekannt, und das Verändern der Füllung wird bei regelbaren Strömungskupplungen auch vielfach angewendet. So ist bereits eine Strömungskupplungsbauart vorgeschlagen worden, bei der die Füllung selbsttätig in Abhängigkeit vom Kupplungsschlupf und ausserdem in allen Drehzahlbereichen verändert wird. Im Gegensatz dazu erfolgt nach der Erfindung dieFüllungs-oder Überdruckänderung durch Betätigen der für das Einregeln der Abtriebsleistung vorgesehenen Einstellvorrichtung (z.
B. einer Fahrkurbel) - also unabhängig vom Schlupf des Strömungskrelslaufes - und überdies fast ausschliesslich im Leerlaufbereich des Motors. Auch der Zweck ist in beiden Fällen verschieden, da bei der vorbekannten Strömungskupplung ein Überlasten und zu starkes Drücken des Motors verhindert werden soll, wogegen gemäss der Erfindung ein Einregulieren kleiner und kleinster Fahrleitungen ermöglicht wird.
Bei Strömungswandlern ist wohl schon eine Füllungsveränderung zum Verhindern des Schleudern der Treibräder eines Fahrzeuges bekanntgeworden, wobei aber diese Massnahme zwangsläufig nur bei erheblichen Motordrehzahlen, keinesfalls aber im Leerlauf-Drehzahlbereich, vorgenommen wird. Die er- findungsgemässe Lehre, nämlich das Teilentleeren vzw. die Verringerung des Wandlerüberdruckes zum Einregulieren kleiner Leistungen unterhalb der Motorleerlaufleistung zu benutzen, u. zw. mit Hilfe einer besondersartigen Kombination mit der Motorregelung, ist daher dem genannten Vorschlag, nicht zu entnehmen und auch anderweitig noch nicht vorgeschlagen worden.
Bei Strömungswandlern hat man vielmehr das Verringern der Füllung und/oder des Überdruckes bisher noch nicht zum Einstellen der benötigten kleinen Arbeitsleistungen benutzt, da man glaubte, dass bei der
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Druck- oder Füllungsverringerung die Übertragungsfähigkeit zu plötzlich auf geringe Bruchteile des vol- len Wertes absinke und infolgedessen eine gleichmässige Leistungsregelung über den gesamten Wandler ar- beitsbereich nicht möglich sei. Ferner befürchtete man bei einer solchen Regelung eine untragbare Wir- kungsgradverminderung und Korrosion an den Schaufeln.
Aus diesen Gründen hat man gemäss einem vorbekannten Vorschlag das Beeinflussen des Wandlerüber- druckes lediglich dazu benutzt, um in einem Wandler mit Verstellschaufeln oder ähnlichen Regelorganen ein vollständiges Unterbrechen der Kraftübertragung zu unterstiltzen, u. zw. zu dem Zweck, das Umschal- ten eines dem Wandler nachgeordneten Zahnradwechselgetriebes zu erleichtern oder zu ermöglichen. Im
Gegensatz dazu erfolgt gemäss der Erfindung die Druck- und Füllungsänderung im Wandler während des normalen Arbeitsbetriebes mit Leistungsabgabe - also nicht etwa nur bei einem Gangwechsel-, und fer- ner sollen dabei aufwendige und störungsanfällige Regelorgane (Verstellschaufeln usw.) absichtlich ver- mieden werden.
Auch den übrigen bisher bekanntgewordenen Vorschlägen ist ein Hinweis für die besondere, erfindungsgemässe Antriebsausbildung nicht zu entnehmen, wonach nämlich in dem Wandler ausschliesslich der Fülldruck und/oder der Füllungsgrad zur Regelung benutzt werden sollen und wobei dies ausserdem nur in ganz bestimmten und zeitlich beschränkten Arbeitsbereichen erfolgt, vorzugsweise nur in dem Bereich kleiner Leistungen. Da in diesem Arbeitsbereich die zu übertragende Leistung einerseits sehr klein ist und anderseits nur jeweils kurzzeitig gebraucht wird und deshalb der zugehörige Wandlerwirkungsgrad sowieso bedeutungslos ist, fällt eine geringe weitere Wirkungsgradverminderung in diesem Betriebsbereich nicht ins Gewicht.
In dem zeitlich weit überwiegenden Arbeitsbereich grosser Leistungen wird dagegen nur oder vorwiegend nur mit der wirkungsgradgünstigen Motorregelung (Regelung der Motordrehzahl oder Motorleistung) gearbeitet, so dass die erfindungsgemässe Regelung keine merkliche Minderung des Gesamtwirkungsgrades zur Folge hat.
Bei den meisten Ausführungsformen der Erfindung wird die Steuerung so ausgelegt, dass in dem Arbeitsbereich für grosse Abtriebsleistungen der Überdruck und der Füllungsgrad im Strömungswandler auf ihren vollen Werten gehalten werden, u. zw. vor allem mit Rücksicht auf einen guten Wirkungsgrad. Für besondere Zwecke ist es mitunter trotzdem empfehlenswert, auch in dem Arbeitsbereich grosser Leistungen ein Verändern des Überdruckes und/oder des Füllungsgrades des Strömungswandlers vorzunehmen. So wird zum Erzielen eines bestimmten Verlaufes der Leistungsaufnahme des Wandlers eine Ausbildung des erfindungsgemässen Antriebes vorgeschlagen, bei der die Steuerorgane für die Wandlerfüllung und/oder den Wandlerüberdruck einerseits in Abhängigkeit von der Abtriebs-bzw.
Fahrgeschwindigkeit und ander- seits von einer motorabhängigen Betriebsgrösse (z. B. von der Stellung des Motorregelorgans) steuerbar sind, derart, dass die Leistungsaufnahme des Strömungswandlers im wesentlichen konstant bleibt. Das Verändern der Wandlerfüllung könnte jedoch auch-wie an sich bekannt-zum Verhindern des Überschreitens der Reibgrenze bei Schienenfahrzeugen verwendet werden.
Bei den der Erfindung zugrundeliegenden Getrieben wurde ein Leerlaufzustand bisher dadurch erzielt, dass man bei leerlaufendem Motor den Strömungswandler vollständig entleerte. Beim Anfahren dauerte es daher erhebliche Zeit-mitunter mehrere Sekunden-, bis der Wandler vollständig gefüllt war und seine volle Übertragungsfähigkeit erreichte.
Nach ciner vorteilhaften Weiterbildung wird daher zum Erzielen eines Leerlaufbetriebszustandes mit grosser Anfahrbereitschaft (d. i. eines Betriebszustandes, aus dem heraus in kürzester Zeit mit voller Zugkraft angefahren werden kann) vorgeschlagen, dass die Einstellvorrichtung im Bereich der niedersten Motordrehzahl auf eine Stellung einstellbar ist, bei der der Wandler soweit gefüllt gehalten wird-beispielsweise zu zwei Dritteln-. dass seine Abtriebsleistung noch unter der für das unbelastete Anfahren des Fahrzeuges notwendigen Leistung verbleibt. Ein Anfahren ist dann in kürzester Zeit möglich, da hiezu nur mehr die Wandlerfüllung vervollständigt und der Verbrennungsmotor auf eine höhere Leistungsstufe verstellt zu werden braucht.
Das Verändern des Überdruckes und des Füllungsgrades im Strömungswandler kann stetig vorgenommen werden, Für die praktischen Bedürfnisse reicht jedoch eine wegen ihrer Einfachheit vorteilhafte Ausführung aus, bei der im Bereich der niedersten Motordrehzahl die Einstellvorrichtung und die Steuerorga- [ie des Wandlers auf zwei oder mehr Stufen für die Wandlerfüllung und/oder den Wandlerüberdruck einstellbar sind.
Ferner ist es zweckmässig, die Steuerorgane des Strömungswandlers in an sich bekannter Weise als in dessen Zu-und/oder Abflussleitung angeordneten Steuerzylinder mit verschiebbarem Steuerkolben auszubilden, wobei deren Steueröffnungen in Verschieberichtung des Steuerkolbens grössere Abmessungen be- ; sitzen als senkrecht zur Verschieberichtung.
Weitere Einzelheiten der erfindungsgemässen Antriebsanlage sind an Hand der Zeichnungen an eini-
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:chend von den Fig. l und 2 derart ausgebildet, dass seine Steuerpunkte 5 und 6 nunmehr auf kleineren Radien liegen als die Steuerpunkte 1-4. Die Verbindung der Steuerstange 37 mit dem Brennstoffhebel des Dieselmotors stimmt jedoch mit der Fig. 1 überein.
Die Steuereinrichtung wirkt in folgender Weise : Bei den Fahrhebelstellungen 1-4 drückt der Nokken 35a den Zylinder 46 und den (in seiner oberen Relativstellung befindlichen) Kolben 45 so weit nach unten, dass dann auch der Steuerkolben 26 seine tiefste Stellung einnimmt, bei der der Wandler volle Füllung und vollen Überdruck erhält. Dieser Steuerzustand ist unabhängig davon, wie gross die Fahrgeschwindigkeit und der Druck der Messpumpe 50 ist.
Bei den Fahrhebelstellungen 5 und 6, die einer fast vollen bzw. der vollen Motordrehzahl entsprechen, drückt der Steuernocken 35a den Zylinder 46 nunmehr ein kleineres Stück nach unten als bei den Fahrhebelstel- lungen 1-4. Ist dabei gleichzeitig die Fahrgeschwindigkeit der Lokomotive so gering, dass die zugehörigen
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verkleinert sich auch das vom Wandler abgegebene Drehmoment, u. zw. derart, dass das Wandlerabtriebsmo- ment die Reibgrenze R nach Fig. 7 nicht überschreitet und somit eine Schleudergefahr vermieden ist.
Bei Fahrgeschwindigkeiten, die einer Wandlerabtriebsdrehzahl = nAx oder grösser entsprechen, ist je- doch ein Schleudern nicht zu befürchten und daher auch eine Verminderung der Wandlerübertragungsfähigkeit unerwünscht. Bei diesen Fahrgeschwindigkeiten drückt dann der entsprechend hohe Druck der Messpumpe 50 den Kolben 45 entgegen der Kraft der Feder 47 so weit nach unten, dass der Steuerkolben 26 auch bei den Fahrhebelstellungen 5 und 6 seine tiefste Stellung erreicht und der Wandler seine volle Fül- lung und vollen Überdruck erhält ; d. h. also, dass bei den Fahrhebelstellungen 5 und 6 und bei Wandlerabtriebsdrehzahlen über nAx keine Verminderung der Wandlerübertragungsfähigkeit erfolgt.
Um den Motor möglichst günstig auszunutzen, ist es mitunter zweckmässig, die Leistungsaufnahme des Wandlers über den ganzen Betriebsbereich zu beeinflussen und siebeispielsweise aufeinenkonstanten Wert (Sollwert) einzuregeln, etwa in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit. Dies kann nun ebenfalls durch Verändern des Überlagerungsdruckes im Wandler vorgenommen werden, u. zw. bei sämtlichen Leistungsstufen des Motors. Eine hiezu geeignete Steuereinrichtung ist in Fig. 9 dargestellt, wobei die mit den Fig. 1, 2 und 8 übereinstimmenden Bauteile wiederum entweder mit gleichen Bezugsziffern wie bei letzteren versehen oder aber nicht gezeichnet worden sind.
Die Kurvenscheibe 35 am Fahrhebel 34 hat die gleiche Form wie in den Fig. 1 und 2 und weist so- mit einen Kreisbogen im Bereich der Steuerpunkte 1-6 auf. Sofern also der zusätzliche Einfluss der Fahrgeschwindigkeit nach nicht wirksam ist, steht der Steuerkolben 26 in jeder der Fahrhebelstellungen 1-6 auf Vollöffnung der Einlasssteuerschlitze (volle Füllung und voller Überdruck im Wandler). Mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit erzeugt die Zahnradmesspumpe 50 einen ebenfalls ansteigenden, von unten auf den Kolben 54 wirkenden Druck.
Je nach Grösse dieses Druckes wird die Druckfeder 55 mehr oder weniger zusammengepresst und der Kolben 54 nach oben verschoben, wobei zwangsläufig mittels einer entsprechend geformten zweiten Kurvenscheibe 56 und über einen Hebel 58 der Steuerkolben 26 in eine Zwischenlage für verringerten Wandlerüberdruck verstellt wird ; dabei nimmt dann der Wandler auch eine verringerte Leistung auf. Die Kurvenscheibe 56 ist so ausgebildet, dass die in dem Diagramm der Fig. 10 gezeigte Abhängigkeit zwischen der Wandlerabtriebsdrehzahl I1z und der gewünschten Leistungsaufnahme N, des Wandlers erzielt wird, wonach also dessen Leistungsaufnahme NI in dem gesamten Betriebsbereich konstant bleibt.
Ohne die eben beschriebene Steuerung würde die Leistungsaufnahme des Wandlers nach Kurve N'1 verlaufen und-was meist unerwünscht ist-je nach Fahrgeschwindigkeit verschieden grosse Werte aufweisen.
Das Kurvenschaubild nach Fig. 11 zeigt-unter Voraussetzung einer Fahrhebelstellung 1-6 - den Verlauf des Hubes H des Steuerkolbens 26 in Abhängigkeit von der Wandlerabtriebsdrehzahl I1z. Entsprechend dieser Kurve H ist dann die Kurvenbahn des Nockens 56 auszubilden.
Die Verbindung zwischen dem Steuernocken 35 und dem Steuerkolben 26 weist zwei Stangen 32c und 32d auf, wobei letztere mit einem Langloch 57 und einer Druckfeder 58 versehen ist. Diese federnde Verbindung ist erforderlich, damit bei den Fahrhebelstellungen 1-6 ein Verschieben des Steuerkolbens 26 aus seiner unteren Endstellung in eine Zwischenstellung möglich ist.
Die in den Figuren dargestellten Einrichtungen sind lediglich als Beispiele anzusehen. Die hiebei verwendeten Einzelelementekönnenohne weiteres auch durch andersartige, nach den Erkenntnissen der Regeltechnik äquivalent wirkende Elemente ersetzt werden.