Antriebsaggregat für Lokomotiven Die Erfindung bezieht sich auf ein Antriebsaggre gat für Lokomotiven.
Die Erfindung bezweckt ein Antriebsaggregat für Lokomotiven zu schaffen, das sich für Dauerbetrieb innert eines sehr grossen Geschwindigkeitsbereiches eignet.
Das erfindungsgemässe Antriebsaggregat für Lo komotiven mit mindestens zwei Motoren zeichnet sich dadurch aus, dass jeder Motor über einen Dreh- momentwandler mit einem Differentialgetriebe verbun den ist, dessen Abtrieb direkt oder indirekt zu einem oder mehreren Triebrädern der Lokomotive führt, wobei Mittel vorgesehen sind, welche eine Rück wärtsdrehung des Abtriebsorgans jedes Drehmoment- wandlers verhindern, wenn der mit dem betreffenden Drehmomentwandler verbundene Motor ausser Be trieb ist.
Die genannten Mittel können beispielsweise aus einer Einwegkupplung bestehen, die zwischen dem Drehmomentwandler und dem Differentialgetriebe angeordnet sein kann. Als Variante könnten die Mit tel auch aus einer Bremsvorrichtung bestehen, welche das Abtriebglied des Drehmomentwandlers oder eines der Räder des Differentialgetriebes festhalten würden.
Der Drehmomentwandler kann ein hydraulischer oder ein hydrostatischer Wandler mit einem Regler sein. Gegebenenfalls kann das Abtriebgled des Differentialgetriebes über ein Umkehrgetriebe mit den Triebrädern verbunden werden. Es kann auch ein zusätzliches Getriebe für beispielsweise zwei über setzungen vorgesehen sein.
Mit dem Ausdruck Differentialgetriebe ist ein Getriebe gemeint, welches das Drehmoment zweier Antriebsorgane ausgleicht und auf ein einziges ge triebenes Organ überträgt. Ein solches Getriebe kann sowohl als Stirnrad- wie auch als Kegelradgetriebe ausgebildet sein.
Ein allfälliges Umkehrgetriebe kann mittels einer Kupplung betätigt werden und kann ein einfaches Kegelrad-Umkehrgetriebe sein.
Es kann auch ein Stirnrad-Umkehrgetriebe ver wendet werden. Ein erfindungsgemässes Antriebsaggregat kann so ausgebildet sein, dass es besonders für Rangierloko motiven geeignet ist, die ständig mit Geschwindig keiten im Bereich von 0,8 bis 32 km pro Stunde fahren. Bei Geschwindigkeiten im untern Bereich ist nur sehr wenig. Leistung erforderlich, und bei einem entsprechenden erfindungsgemässen Aggregat mit nur zwei Antriebsmotoren kann diese Leistung leicht und ausserdem auf wirtschaftliche Weise von einem einzigen Motor geliefert werden. Wird nur ein Motor mit seinem Drehmomentwandler verwendet, dann läuft der Motor mit grösserer Tourenzahl und ist höher belastet, als dies beim Betrieb mit zwei Moto ren der Fall wäre.
Bei dieser höheren Tourenzahl läuft der Motor wirtschaftlicher und der Nutzeffekt des Drehmomentwandlers ist grösser als bei niedrigerer Tourenzahl. Der spezifische Brennstoffverbrauch des Motors ist geringer, so dass der Betrieb eines Motors mit Drehmomentwandler bei kleinen Geschwindig keiten wirtschaftlicher ist als der Betrieb beider Motoren. Hierbei kann beim Rangierbetrieb mit klei ner Geschwindigkeit wahlweise der eine oder andere Motor betrieben werden. Wird eine grössere Übersetzung oder ein Getriebe mit zwei übersetzungen angewendet, dann kann das Aggregat für kleinere Güterzugslokomotiven verwen det werden.
Die Vorteile, die sich bei entsprechender Aus bildung, unter Verwendung eines Differentialgetriebes zum Verbinden zweier Motoren ergeben, sind fol gende: 1. Arbeitet nur ein Motor, dann ergibt sich von selber eine Untersetzung von 2:1 zwischen Ein- und Ausgang des Getriebes. Rangieren über einen Hügel kann mit nur einem Motor ausgeführt werden, wodurch der Verschleiss an den Motoren halbiert und der Brennstoffverbrauch herabgesetzt wird, weil bei kleinen Fahrgeschwindigkeiten der Wirkungsgrad des Getriebes erhöht wird.
2. Es braucht kein Schaltmechanismus vorgese hen zu werden; die Steuerung kann mit einem Regler stattfinden.
3. Es kann ein Motor zugeschaltet oder abgeschal tet werden, ohne dass das Drehmoment unterbrochen wird; es braucht dazu nur ein Motor angelassen oder abgestellt zu werden.
4. Das maximal erreichbare Drehmoment am Ausgang des Antriebes ist gleich, ob ein Motor oder beide Motoren in Betrieb sind.
5. Beim Betrieb mit zwei Motoren muss das Drehmoment beider Motoren immer gleich sein, wo durch die Möglichkeit, dass ein Motor infolge einer ungleichen Einstellung der Regler die ganze oder fast die ganze Arbeit leistet, ausgeschlossen ist.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt: Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform des Aggregates.
Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1. Fig. 3 zeigt schematisch eine andere Ausführungs form.
Fig. 4 zeigt einen schematisierten Horizontalschnitt eines Teiles des Getriebes gemäss Fig. 1.
Fig. 5 ist ein ähnlicher Schnitt der in Fig. 3 dar gestellten Ausführungsform des Getriebes.
Fig. 6 zeigt ein Schema eines Umkehrgetriebes für ein erfindungsgemässes Aggregat, und Fig. 7 ist ein Schnitt durch das Umkehrgetriebe längs der Linie VI-VI in Fig. 6.
In Fig. 1 sind zwei Dieselmotoren 10 und 11 dargestellt. Die Welle 8 des Motors 10 ist mit dem Pumpenrad eines Drehmomentwandlers 12 und das Turbinenrad des Wandlers 12 ist mittels der Antriebs welle 14 mit einer Einwegkupplung 15 verbunden, welche den Antrieb des Dremomentwandlers über trägt. Die Einwegkupplung verhindert, dass die Welle 14 von rückwärts her in umgekehrter Richtung ge trieben werden kann.
Die Abtriebswelle der Kupplung 15 ist mit dem Antriebsrad 17 eines Stirnraddifferentialgetriebes 18 verbunden.
Das Stirnraddifferentialgetriebe ist in Fig. 1 nur schematisch, in der Fig. 4 dagegen mehr im Detail dargestellt. Das Getriebe umfasst ein Gehäuse 19, das ein Abtriebsrad bildet. Das Gehäuse 19 trägt drei Paare miteinander kämmender Ritzel, von wel chen Paaren in Fig. 1 zwei mit 20, 21 und 22, 23, und .in den Fig. 4 nur eines mit 22, 23 bezeichnet und dargestellt sind. Das Zahnrad 17 kämmt mit den Ritzeln 21 und 22 und ein weiteres Zahnrad 24 kämmt mit den Ritzeln 20 und 23. Das Zahnrad 24 wird ver mittels den Rädern 25, 26, 27 von der Welle 28 aus getrieben, die mit der Abtriebsseite einer Ein wegkupplung 16 in Verbindung steht.
Die Einwegkupplung 16 wird von dem Turbinen rad eines Drehmomentwandlers 13 angetrieben. Das Pumpenrad des Drehmomentwandlers 13 wird von der Welle 9 des Motors 11 getrieben.
Das Gehäuse 19 treibt ein Ritzel 29, welches die Welle 30 treibt. Die Welle 30 trägt ein Kegelrad 31, welches mit Kegelrädern 32 und 33 in Eingriff steht, die auf der Welle 34 sitzen. Jedes der beiden Kegel räder 32 und 33 kann willkürlich mit Hilfe von hydraulisch betätigbaren Kupplungen 35, 36 mit der Welle 34 gekuppelt werden. Die Welle 34 treibt mit tels eines Untersetzungsgetriebes 38, 39 ein Triebrad 37 der Lokomotive.
Der Drehmomentwandler 12 ist in Fig. 2 dar gestellt und der Wandler 13 ist gleichartig. Die Weile 8 ist mit dem Pumpenrad 41, welches eine Beschau- felung 42 aufweist, verbunden. Die Abtriebswelle 14 ist mit einem Turbinenrad 43, welches drei Beschau- felungssätze 43a aufweist, verbunden. Der Dreh- momentwandler umfasst auch noch ein stilstehendes Gehäuse 44, welches eine Reaktionsbeschaufelung 45, 46 enthält.
Laufen beim Betrieb beide Motoren, dann geht die Antriebskraft von den Drehmomentwandlern 12 und 13 (Fig. 1) über die Einwegkupplungen 15 und 16 und wird durch das Differentialgetriebe und das Umkehrgetriebe dem Triebrad 37 der Lokomotive zugeführt. Wird einer der Motoren 10 oder 11 ab gestellt, dann verhindert die Einwegkupplung 15 I S bzw. 16, dass der laufende Motor den abgestellten Motor treibt, und es entsteht automatisch eine um 2:
1 vergrösserte Untersetzung zwischen dem 12ufen- den Motor und dem Endabtrieb. Der Drehmoment- wandler bildet ein stufenlos veränderliches Getriebe, mit dessen Hilfe ein Drehmoment von einem oder von beiden Motoren auf weiche und wirtschaftliche Art übertragen wird.
Jeder Motor kann mit einem Geschwindigkeits regler 47, 48 versehen sein, die mechanisch mit einem einzigen Regelhebel 49 im Führerstand der Loko motive verbunden sind. Ein Motor kann einfach durch Anlassen in Betrieb gesetzt werden und der Motor läuft dann von selber mit der vom Regelhebel an beiden Reglern eingestellten Tourenzahl.
Soll nur ein Motor betrieben werden, dann braucht lediglich der andere Motor abgestellt zu wer den, ohne dass dabei eine Unterbrechung des auf die Triebräder übertragenen Drehmomentes statt findet. Die Einwegkupplungen sind sogenannte Legge -Synchronkupplungen (siehe Fig. 4 und 5). Jede Kupplung umfasst einen primären Teil 51, der aussen mit schraubenlinienförmigen Schiebekeilen 51a versehen äst. Diese Schiebekeile greifen in Nuten, die im Innern einer Muffe 50 angebracht sind, ein. Diese Muffe 50 ist mit Anschlägen 52 und zwei Rundflaschen 50a und 50b versehen, die eine An zahl Stifte 50c tragen, auf denen je eine leichte Klinke 52a montiert ist.
Am innern Umfang eines Ringes 53a, der an einem festen Teil des Gehäuses befestigt ist, ist eine Reihe von Anschlägen 53 angeordnet. Die Klinken 52a sind so ausgebildet, dass sie über die Anschläge 53 laufen (rätschen), wenn beispielsweise die Welle 9 über den Wandler 13 die Kupplung 16 bzw. den Teil 57 treibt. In diesem Fall ist die Wirkung der Schiebekeile 51a und der innern Nuten in der Muffe 50 derart, dass sie die Muffe 50 in die in die Fig. 4 und 5 gezeigte Lage bringen, in welcher sie gegen einen Anschlag im festen Gehäuse ruht. In diesem Fall laufen (rätschen) die Klinken 52a über die An schläge 53.
Wird dagegen der Drehsinn der Welle 28 umge kehrt, dann greifen die Klinken 52a an den Anschlä gen 53 an, so dass sich die Muffe 50 nicht mehr mit der Welle 28 und dem Teil 51 drehen kann; dadurch wird die Muffe 50 sich entlang den Keilen 51a ver schieben, bis sie einen zweiten festen Anschlag er reicht, wobei die Anschläge 52 in die Anschläge 53 eingreifen.
Die Muffe 50 wird somit festgehalten und der Eingriff der Schiebekeile 51a in die Innennuten der Muffe 50 sorgt dafür, dass die Welle 28 festgehalten wird und keine Drehung im entgegengesetzten Sinn möglich ist.
Die Fig. 4 und 5 zeigen Getriebe für zwei Geschwindigkeiten.
Der Planetenträger 19 ist mit einer Verlänge rungsmuffe 54 versehen, auf welcher ein Zahnrad 55 aufgekeilt ist. Das Zahnrad 55 kämmt mit dem Zahnrad 56, das sich frei auf der Welle 30 drehen kann. Wenn das Zahnrad 56 im Betrieb ist, ist es mittels einer Legge-Synchronkupplung 57 mit der Welle 30 gekuppelt und das Zahnrad 29 ist mittels der mit metallischen Reibflächen versehenen Rei bungskupplung 58 mit der Welle 30 verbunden. Solche Reibungskupplungen sind aus dem Schiffsbau und dem Lokomotivbau bekannt.
Die Übersetzung zwischen dem Zahnrad 29 und dem Planetenträger 19 ist 1 : 1 und zwischen den Zahnrädern 56 und 55 2: 1. Wird ein oder werden beide Motoren angelassen, dann ist die Kupplung 58 gelöst, so dass sich das Rad 29 frei auf der Welle 30 drehen kann. Das Drehmoment vom Gehäuse 19 wird nun über die Räder 55 und 56 übertragen und der Drehsinn des letzteren ist so gerichtet, dass die Einwegkupplung 57 das Rad 56 mit der Welle 30 kuppelt, so dass die Welle über eine 2: 1-Unterset- zung, welche durch die Räder 55 und 56 geschaf fen ist, getrieben wird.
Hat die Lokomotive eine bestimmte Geschwin digkeit erreicht, dann wird die Kupplung 58 einge rückt, so dass sie das Rad 29 mit der Welle 30 kup pelt.
Die Folge davon ist, dass das Gehäuse 19 lang- samer läuft und die Einwegkupplung 57 gelöst wird. Es entsteht somit keine Diskontinuität in dem auf die Welle 30 übertragenen Drehmoment, wenn von der niederen auf die höhere Übersetzung umgeschal tet wird, da der niedere Gang so lange treibt, bis der Antrieb vom höheren Gang übernommen wird. Die Tourenzahl der Welle 30 ist jetzt verdoppelt und das Drehmoment halbiert im Vergleich zur Touren zahl und zum Drehmoment beim Antrieb mittels des Rades 55.
Zum Herunterschalten braucht nur die Kupp lung 58 gelöst zu werden, wonach der Antrieb auf die Welle 30 übergeht, sowie die Geschwindigkeit unter derjenigen des Rades 55 sinkt.
Statt einer Reibungskupplung 58 könnte auch eine Flüssigkeitskupplung vorgesehen sein, deren Drehmoment durch Füllen oder Entleeren geregelt wird.
In Fig. 5 sind entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 4. Die Legge- Synchronkupplung 57 und die Rutschkupplung 58 sind hier durch eine doppelte Klauenkupplung ersetzt, von welcher ein Organ 59 mittels Keilnuten auf der Welle 30 verschiebbar befestigt ist, so dass es bei Verschie bung in einer Richtung das Rad 29 und bei Verschie bung in der andern Richtung das Rad 56 fasst.
Auf diese bei Stirnradgetrieben bekannte Weise kann entweder das Rad 29 oder das Rad 56 mit der Welle 30 verbunden werden, während das andere Rad frei bleibt.
Soll die Lokomotive mit maximaler Triebkraft arbeiten, dann wird die Klauenkupplung so einge rückt, dass das Rad 55 die Welle 30 treibt. Es wird dann an letztere ein Drehmoment abgegeben, welches fast doppelt so gross ist als die Summe der Dreh momente beider Motoren 10 und 11, wobei Motor 10 das Rad 17 und Motor 11 das Rad 24 treibt. Fährt eine solche Lokomotive unbelastet oder mit nur geringer Belastung, dann kann das Organ 59 der Klauenkuppllung mit dem Rad 29 verbunden werden.
Die Fig. 6 und 7 zeigen ein anderes Umkehr getriebe, als in Fig. 1 dargestellt ist. In diesem Fall ist das Kegelrad 31 durch ein Stirnrad 60 ersetzt. Das Rad 60 kämmt ständig mit einem Zwischen rad 61, das auf Rollagern 62 auf einer Zwischen welle 63 gelagert ist.
Mit dem Rad 61 kämmt ein zweites Zwischen rad 65, welches dieselbe Zähnezahl wie das Rad 60 hat und auf ähnliche Weise auf Rollen 66 auf der Welle 67 gelagert ist. Aus Fig. 7 ist ersichtlich, dass das Rad 61 breiter ist als das Rad 65. Das Rad 60 dagegen ist gleich breit wie das Rad 65 und ist gegenüber diesem axial verschoben, so dass das Rad 60 wohl mit dem Rad 61, nicht aber mit dem Rad 65 kämmt.
Die Wellen 63 und 67 sind auf Rollenlagern im Gehäuse 68 gelagert, wobei ein Querträger 69 eine zusätzliche Stütze bildet. Auf den Wellen 63 und 67 sind die Räder 70 bzw. 71 aufgekeilt, die beide dieselben Zähnezahlen haben. Zwischen diesen Rä dern befindet sich ein Zwischenrad 72, das auf Rol lenlagern 73 läuft und sich frei drehen kann.
Das Rad 72 kämmt mit beiden Rädern 70 und 71. Verzahnte Kupplungsorgane 74 und 75 sind mittels Keilnuten auf den Wellen 63 bzw. 67 befestigt, so dass sie nicht auf den Wellen drehbar, wohl aber darauf verschiebbar sind. Die Organe 74 und 75 haben je eine Umfangsrille, in welche gegabelte Enden eines schematisch bei 76 dargestellten Hebels eingreifen. Der Hebel ist um einen Punkt 77 mitten zwischen den Wellen 63 und 67 schwenkbar. Befin det sich der Hebel 76 in der in Fig. 7 ausgezogenen Lage, dann befindet sich das Organ 74 in der äusser sten Rechtsstellung (wie dargestellt), wobei die Zähne des Organs 74 im Eingriff sind mit einer Innenver zahnung an einem vorstehenden Teil 78 des Rades 61, wodurch dieses Rad mit der Welle 63 verbun den ist.
Wird dagegen der Hebel 76 im Gegenuhr zeigersinn geschwenkt, dann wird das Organ 74 aus geschaltet und das Organ 75 in Eingriff mit dem Fortsatz 79 des Rades 65 gebracht. Zur Sicherheit ist die Anordnung derart, dass das Organ 75 den Fortsatz 79 nicht berührt, bevor das Organ 74 den Fortsatz 78 ganz freigegeben hat.
Beim Betrieb wird das Rad 60 vom Antriebs aggregat stets in derselben Richtung getrieben, die hier beispielsweise in Uhrzeigerrichtung mit Bezug auf Fig. 6 verläuft. Demzufolge dreht sich das Rad 61 im Gegenuhrzeigersinn und das Rad 65 im Uhr zeigersinn. Befindet sich der Hebel 76 in der Stellung gemäss Fig. 7, dann ist Rad 61 mit der Welle 63 fest verbunden, die sich daher im Gegenuhrzeigersinn dreht. Das Rad 71, welches vom Rad 70 über das Laufrad 72 getrieben wird, dreht sich ebenfalls im Uhrzeigersinn. Die beiden Triebachsen der Loko motive werden von den Zwischenwellen 63 bzw. 64 mittels irgendeines Getriebes getrieben, wozu bei spielsweise Stirnräder mit Hohlwelle oder ein Ket tentrieb in Frage kommen. Dieses in der Zeichnung nicht dargestellte Getriebe kann die Räder 70 und 71 umfassen.
Um die Fahrrichtung der Lokomotive um zukehren, wird der Hebel 76, nachdem das Getriebe zum Stillstand gekommen ist, im Gegenuhrzeigersinn geschwenkt, so dass das Rad 61 freigegeben und das Rad 65 mit der Welle 67 verbunden wird. Letzteres zusammen mit dem Rad 71 dreht sich im Uhrzeiger sinn, so dass sich auch das Rad 70, getrieben vom Laufrad 72, im Uhrzeigersinn dreht. Durch Schwen ken des Hebels 76 lässt sich somit der Drehsinn der Zwischenwellen umkehren, wobei aber beide Wellen in gleichem Sinn, entweder nm Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn rotieren.
Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung eine Aus führungsform, bei welcher vier Motoren, je in Paa ren von zwei Motoren angewendet werden. Jeder Motor jedes Paares treibt über einen Drehmoment- wandler und eine Kupplung ein Differentialgetriebe. Die Motoren 80 und 81 treiben über hydraulische Drehmomentwandler 82 bzw. 83 und Legge-Einrich- tungsbremsen 84 bzw. 85 ein Ausgleichs-Differen tialgetriebe 86.
Auf ähnliche Weise treiben die Motoren 87 und 88 mit ihren Drehmomentwandlern 89 bzw. 90 und Legge-Einrichtungsbremsen 91 bzw. 92 ein Aus gleichs-Differentialgetriebe 93. Das Differentialge triebe 86 treibt ein Ritzel 94, das mit einem Rad 95 kämmt, und das Differentialgetriebe 93 treibt ein Ritzel 96, das mit einem Rad 97 kämmt. Die Ab triebe dieser beiden Räder 95 und 97 führen zu einem dritten Differentialgetriebe 98, dessen Antrieb mit einem Umkehrgetriebe 99 verbunden ist, welches wie bei Fig. 7 die Triebräder 37 der Lokomotive treibt.
Bei dieser Anordnung kann jede Kombination von einem, zwei drei oder vier Motoren je nach den Betriebsbedingungen verwendet werden.
Die Räder 94, 95 bzw. 96, 97 haben vorzugs weise verschiedene Übersetzungen, beispielsweise 1,33: 1 bzw. 2,22: 1. Dadurch wird der Geschwin digkeitsbereich erweitert und die Anordnung macht die Lokomotive für leichte Personenzüge brauchbar.
Die Vorteile dieser Anordnung gegenüber einer solchen, bei der die vier Motoren ohne Differential getriebe mit den Achsen verbunden sind, sind fol gende: 1. Mit einer direkten Verbindung kann die Loko motive entweder die erforderliche Anfangszugkraft oder die erwünschte Maximalgeschwindigkeit nicht erreichen.
2. Mit den Differentialgetrieben ist immer die maximale Zugkraft erreichbar, wenn auch bei redu zierter Maximalgeschwindigkeit, sogar wenn einer der Motoren ausfällt, während beim direkten Antrieb die Zugkraft dann um<B>250/o</B> sinkt.
3. Mit der Anordnung mit Differentialgetrieben kann die Lokomotive die volle Zugkraft mit zwei Motoren ausüben, sofern die erforderliche Maximal geschwindigkeit dies erlaubt, beispielsweise beim Ran gieren, was eine Ersparnis bedeutet. Die Lokomotive kann auch im niedrigen Gang mit einem einzigen Motor betrieben werden, z. B. beim Rangieren über einen Hügel.
Jeder Drehmomentwandler hat eine fallende Drehmoment-Geschwindigkeitskurve, die dafür sorgt, dass das Drehmoment von den jeweils vorhandenen zwei oder vier Motoren im Gleichgewicht bleibt, auch wenn ihre Leistung, infolge der Einstellung oder in folge ihres Zustandes verschieden sein sollte.