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Antriebsanlage für ein Triebfahrzeug mit einem Hauptmotor und mindestens
einem Hilfsmotor, insbesondere für Schienentriebfahrzeuge Bei Antriebsanlagen für
Triebfahrzeuge großer Leistung, insbesondere für Schienentriebfahrzeuge, wird vielfach
außer dem für den Fahrantrieb bestimmten Motor - der nachstehend als Hauptmotor
bezeichnet sei - noch ein gesonderter zusätzlicher Motor mit im Vergleich zum Hauptmotor
kleinerer Leistung vorgesehen. Der letztgenannte, hier als Hilfsmotor benannte Motor
dient hierbei ausschließlich zum Betreiben der Hilfsaggregate des Fahrzeuges, wie
z. B. der Lichtmaschine, des Kompressors, des Kühlgebläses u. dgl.
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Ferner ist schon eine Lokomotiv-Antriebsanlage beschrieben worden,
bei der neben einem Haupt-Fahrmotor noch ein in seiner Leistung kleiner ausgelegter
zweiter Fahrmotor (Hilfsmotor) vorgesehen ist und wobei je nach der geforderten
Fahrleistung und Geschwindigkeit nur je ein Motor oder aber beide Fahrmotoren gleichzeitig
zum Antrieb des Fahrzeuges dienen. Bei diesem Vorschlag ist aber nichts über den
Antrieb der Hilfsaggregate geoffenbart, obwohl diese mitunter beträchtliche Leistungen
benötigen. Dabei bereitet das Antreiben der Hilfsaggregate oft Schwierigkeiten,
da dies einerseits mit möglichst geringem Bau- und Energieaufwand und andererseits
mit möglichst großer Betriebssicherheit erfolgen soll - man denke z. B. an den für
die Fahrsicherheit wichtigen Bremskompressor -, welche Forderungen sich teilweise
entgegenstehen.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsanlage der eben erwähnten
Art, also mit zum Fahrantrieb dienendem Hauptmotor und Hilfsmotor, vorzugsweise
für Schienentriebfahrzeuge mit Dieselmotorantrieb und nachgeschaltetem Strömungsgetriebe,
wobei die Aufgabe gelöst werden soll, die Hilfsaggregate unter Benutzung eines kleinstmöglichen
Bauaufwandes betriebssicher anzutreiben und zugleich einen möglichst ausgedehnten
Fahrleistungsbereich bis herab zu kleinen Leistungen und mit gutem Wirkungsgrad
zu erzielen. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß der Antrieb der Hilfsaggregate
des Fahrzeuges - also beispielsweise der Lichtmaschine, des Kompressors u. a. m.
- von dem zeitweise zum Fahrantrieb herangezogenen Hilfsmotor abgeleitet wird.
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Diese Antriebsanlage ermöglicht nunmehr ein Antreiben der Hilfsaggregate
ohne einen zusätzlichen Motor, da ja der Hilfsmotor schon für Fahrzwecke benutzt
wird. Da andererseits der Hilfsmotor meist nur kurzzeitig und relativ selten für
den Fahrantrieb gebraucht wird - etwa zusammen mit dem Hauptmotor zum Erzielen hoher
Fahrleistungsspitzen oder allein zum Einstellen sehr kleiner Fahrleistungen beim
Rangieren -, wird das Antreiben der Hilfsaggregate durch den zweifachen Verwendungszweck
des Hilfsmotors praktisch nicht beeinträchtigt. Während der vorgenannten kurzen
Betriebszeiten kann nämlich ein eventueller Druckluftbedarf ganz oder teilweise
aus dem vorhandenen Druckluftspeicher und der Strombedarf aus der stets erforderlichen
Fahrzeugbatterie gedeckt werden.
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Trotz der doppelten Verwendung des Hilfsmotors bleiben die Vorteile
des wahlweisen Fahrantriebs durch den Hauptmotor oder durch den Hilfsmotor allein
oder aber durch beide Motoren gemeinsam erhalten und bestehen insbesondere in einem
wirkungsgradgünstigen Arbeiten der Motoren (niedriger Brennstoffverbrauch) sowie
einer guten Anpassung an die geforderte Fahrleistung zwischen der Höchstleistung
und sehr kleinen Fahrleistungen.
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Es ist zwar schon bei einem Triebfahrzeug mit einem lediglich für
den Fahrantrieb bestimmten Fahrmotor und einem gesonderten kleineren Anlaßmotor
bekannt, den letzteren außer zum Anlassen des Fahrmotors auch zum Betreiben des
Kühlgebläses, der Lichtmaschine (Generator) od. dgl. zu verwenden. Hierbei kann
jedoch der zusätzliche Motor nicht für den Fahrbetrieb herangezogen werden. Da die
Funktion des Anlassens sich in verschiedener Hinsicht sehr erheblich von der Tätigkeit
als Fahrantriebsmotor unterscheidet und außerdem eine völlig andere Wirkung ergibt,
konnte dieser vorbekannte Vorschlag keinen Hinweis für die erfindungsgemäße Antriebsausbildung
geben.
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Bei einem anderen vorbekannten Antrieb mit nur einem einzigen Fahrantriebsmotor
ist eine von diesem angetriebene Schwungmasse als Energiespeicher vorgesehen. Dieser
Speicher treibt aber keinerlei Hilfsaggregate an und ist überdies nicht in der Lage,
das Fahrzeug ohne Hilfe des Motors längerer Zeit von sich aus allein anzutreiben,
so daß der Speicher mit dem Hilfsmotor der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung
nicht vergleichbar ist.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist der Hilfsmotor
über einen Strömungswandler an das Fahrtriebwerk kuppelbar. Dieser
Strömungswandler
gewährleistet nämlich nicht nur eine stoß- und schwingungsfreie Kraftübertragung,
sondern ermöglicht auch in vorteilhafter Weise eine selbsttätige Drehmomentwandlung,
was insbesondere für den Rangierbetrieb von Bedeutung ist. Außerdem wirkt sich dieses
Drehmomentwandlungsvermögen noch im Hinblick auf die relativ kleine Leistung des
Hilfsmotors günstig aus.
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Damit sich die Triebverbindung zwischen dem Hilfsmotor und dem Fahrtriebwerk
ohne Schwierigkeit während des Betriebes ein- und ausschalten läßt, empfiehlt es
sich, den Strömungswandler in bekannter Weise entleerbar auszubilden. Die in diesem
Fall bei arbeitender Antriebsanlage und entleertem Wandler auftretenden Luft-Ventilationsverluste
sind nur gering und können in Kauf genommen werden. Man kann jedoch diese Verluste
mit einer anderen Ausführungsvariante vermeiden, bei der in der Kraftübertragung
zwischen dem Strömungswandler und dem Hilfsmotor einerseits und dem Fahrtriebwerk
andererseits je eine schaltbare Kupplung, vorzugsweise je eine im Betrieb schaltbare
Reibkupplung angeordnet ist. Hierbei empfiehlt es sich außerdem, die zwischen dem
Strömungswandler und dem Fahrtriebwerk befindliche schaltbare Kupplung als Freilaufkupplung
auszubilden. Beim Übergang vom Fahrbetrieb mit Hilfsmotor auf Fahrbetrieb mit dem
Hauptmotor kann sich dann der Hilfsmotor über die Freilaufkupplung selbsttätig vom
Fahrtriebwerk abkuppeln, so daß dieser Umschaltvorgang stoßfrei und ohne Zugkraftunterbrechung
vor sich geht.
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In letzter Zeit ist es insbesondere bei Schienentriebfahrzeugen mit
Dieselmotoren vielfach üblich, die Leistung des Hauptmotors über ein Strömungsgetriebe
mit z. B. Strömungskupplungen und/oder Strömungswandlern zu übertragen. In einem
solchen Anwendungsfall wird dann die erfindungsgemäße Antriebsanlage zweckmäßigerweise
derart ausgebildet, daß der dem Hilfsmotor zugeordnete Strömungswandler mit einer
Abtriebswelle des Strömungsgetriebes kuppelbar ist. Hierdurch wird vermieden, daß
die Leistung des Hilfsmotors über zwei hintereinandergeschaltete Strömungskreisläufe
auf das Fahrwerk übertragen würde und infolgedessen ein nur geringer Wirkungsgrad
erzielbar wäre.
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Ferner empfiehlt es sich bei der vorgenannten Ausführung, den dem
Hilfsmotor zugeordneten Strömungswandler und gegebenenfalls auch die diesem vor-
und nachgeschalteten schaltbaren Kupplungen baulich mit dem Strömungsgetriebe zu
vereinigen und vorzugsweise auch einen gemeinsamen Ölsumpf und eine gemeinsame Fülleinrichtung
für alle Strömungskreisläufe - also sowohl für die Strömungskreisläufe des Strömungsgetriebes
als auch für den Wandler des Hilfsmotors - vorzusehen. Dies ergibt eine gedrungene,
raumsparende Bauweise und einen geringeren Bauaufwand als sonst.
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Des weiteren ist es zweckmäßig, bei Verwendung eines die Leistung
des Hauptmotors übertragenden Strömungsgetriebes üblicher Bauart den Strömungswandler
des Hilfsmotors - gegebenenfalls diesen Wandler zusammen mit den ihm unmittelbar
vor-und nachgeschalteten schaltbaren Kupplungen - als gesonderte Getriebeeinheit
auszubilden und an das Strömungsgetriebe anzuflanschen. Dadurch ist eine weitere
Vereinfachung und Verbilligung des Antriebes erzielbar, zumal dann für das Strömungsgetriebe
bereits auf dem Markt befindliche, erprobte und unter Umständen sogar serienmäßig
hergestellte Strömungsgetriebe verwendet werden können.
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Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung für ein Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Hierbei stellt dar F i g. 1 das Schema eines Teiles einer dieselhydraulischen
Lokomotive mit einer erfindungsgemäßen Antriebsanlage und F i g. 2 einen Teil dieser
Antriebsanlage in gegenüber F i g. 1 größerer Darstellung.
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Die in F i g. 1 zum Teil dargestellte Lokomotive weist einen Dieselmotor
? auf. der ausschließlich für den Fahrantrieb bestimmt ist und somit den Hauptmotor
der Antriebsanlage verkörpert. Sein Drehmoment wird über die Kardanwelle 2, das
zweigängige Strömungsgetriebe 3, das letzterem nachgeschaltete Wendegetriebe 4 und
die Kardanwellen 5 und 5a zu den Treibradsätzen 6 und 6a übertragen. Der ebenfalls
als Dieselmotor ausgebildete Hilfsmotor 7 ist beispielsweise mit der Lichtmaschine
8 gekuppelt, die den Strom für das elektrische Bordnetz erzeugt. Außerdem ist der
Hilfsmotor 7 noch über die Kardanwelle 9 und die einen Strömungswandler enthaltende,
an das Strömungsgetriebe 3 angeflanschte Getriebeeinheit 10 mit dem Strömungsgetriebe
3 und somit auch mit den Treibradsätzen 6 und 6a kuppelbar.
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Nähere Einzelheiten des Strömungsgetriebes 3 und der Getriebeeinheit
10 sind aus F i g. 2 zu ersehen. Hiernach treibt die mit dem Hauptmotor 1 verbundene
Kardanwelle 2 über das Zahnräderpaar 11 die Primärwelle 12 des mit zwei Strömungswandlern
13 und 14 ausgerüsteten Strömungsgetriebes 3 an. Ist der Wandler 13 gefüllt und
der andere Wandler 14 entleert, so verläuft der weitere Kraftfluß über das Zahnräderpaar
15 und die Abtriebswelle 16 zu dem hier nur angedeuteten mechanischen Wendegetriebe
4 bekannter Art (unterer Strömungsgetriebegang). Ist dagegen der Wandler 13 entleert
und der Wandler 14 gefüllt, so wird das Triebdrehmoment von dem letztgenannten Wandler
und dem Zahnräderpaar 17 auf die Abtriebswelle 16 übertragen und auf diese Weise
ein weiterer oberer Gangbereich des Strömungsgetriebes erzielt.
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Die Getriebeeinheit 10 weist ebenfalls einen Strömungswandler 18 auf
sowie ferner eine diesem Strömungswandler vor- und eine nachgeschaltete, während
des Betriebes schaltbare Lamellen-Reibkupplung 19 bzw. 20. Die Abtriebsseite der
Lamellenkupplung 20 ist an der Hohlwelle 21 des Strömungsgetriebes 3 befestigt und
steht somit über das Zahnräderpaar 15 mit der Abtriebswelle 16 des Strömungsgetriebes
3 in Triebverbindung. Wirkungsweise A. Bei normalem Fahrbetrieb ist einer der beiden
Wandler 13 und 14 des Strömungsgetriebes 3 gefüllt und beide Lamellenkupplungen
19 und 20 ausgeschaltet. Es wirkt dann lediglich der Hauptmotor 1 auf das Fahrtriebwerk.
wobei der Kraftfluß vom Hauptmotor 1 über das Strömungsgetriebe 3, das Wendegetriebe
4 und die Kardanwellen 5 und 5a
zum Fahrtriebwerk und damit zu den Treibradsätzen
6 und 6a verläuft. Der Hilfsmotor 7 steht dann lediglich mit der Lichtmaschine 8
in Triebverbindung. Der dem Hilfsmotor 7 zugeordnete Wandler 18 kann in diesem Falle,
da seine Schaufelräder 30 und 31
stillstehen, gefüllt oder entleert sein.
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B. Zum Erzielen eines Betriebszustandes mit sehr kleinem Leistunsbedarf.
z. B. zum Rangieren, wer-t,
den beide Strömungswandler 13
und 14 entleert, dagegen der Strömungswandler 18 gefüllt und beide Lamellenkupplungen
19 und 20 eingeschaltet. Der Hilfsmotor 7 treibt nun außer der Lichtmaschine 8 auch
das Fahrtriebwerk und damit die Treibradsätze 6 und 6 a an, wobei der Kraftverlauf
über die Lamellenkupplung 19, Wandler 18, Lamellenkupplung 20, Hohlwelle 21, Zahnräderpaar
15, ferner über die Abtriebswelle 16 des Strömungsgetriebes 3 und über das Wendegetriebe
4 verläuft. Der Hauptmotor l ist nun wirkungslos, er kann im Leerlauf weiterlaufen
oder aber auch stillgesetzt sein. Da der Hilfsmotor 7 nur für eine kleine Leistung
ausgelegt ist, wird in diesem Betriebszustand trotz kleiner Fahrleistung ein guter
Motorwirkungsgrad erzielt. Aus dem gleichen Grunde bereitet hierbei das Einregeln
der kleinen Fahrleistungen keine Schwierigkeiten.
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C. In Betriebszeiten mit besonders großem Leistungsbedarf, also etwa
beim Anfahren oder bei Steigungsfahrt, werden der Anfahrwandler 13 des Strömungsgetriebes
und ferner der Wandler 18 gefüllt und außerdem beide Lamellenkupplungen 19 und 20
eingerückt. Es arbeiten dann sowohl der Hauptmotor 1 als auch der Hilfsmotor 7 gleichzeitig
auf das Fahrtriebwerk, so daß sich mit geringem Bauaufwand Spitzenwerte für die
Fahrleistung erreichen lassen.
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Die Schaltkupplung 20 kann in zweckmäßiger Weise als Freilaufkupplung
ausgebildet sein, derart, daß sich beim Voreilen der Hohlwelle 21 gegenüber der
Abtriebswelle des Wandlers 18, die gleichzeitig Kupplungseingangswelle 22 ist, die
Kupplungsverbindung löst. Der Übergang vom Betriebszustand B (Fahrbetrieb nur mit
dem Hilfsmotor 7) auf den Betriebszustand A (Fahrbetrieb nur mit dem Hauptmotor
1) erfolgt dann stoßfrei und ohne Zugkraftunterbrechung.
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Um die Herstellungskosten möglichst niedrig zu halten, wird für das
Strömungsgetriebe 3 eine bisher übliche Ausführung benutzt, also eine solche, die
auch bei nicht nach der Erfindung arbeitenden Antrieben üblich ist und die heutzutage
vielfach in Serie hergestellt wird. Der dem Hilfsmotor 7 zugeordnete Wandler 18
und die beiden Lamellenkupplungen 19 und 20 sind zu der gesonderten Getriebeeinheit
10 zusammengefaßt und an das Strömungsgetriebe 3 angeflanscht. Zwecks weiterer Vereinfachung
dienen hier der Ölsumpf 23 und die Fülleinrichtung 24 des Strömungsgetriebes 3 für
sämtliche Strömungskreisläufe, also auch für den dem Hilfsmotor 7 zugeordneten Wandler
18. Mit 25 bis 28 sind die Fülleitungen der Strömungswandler und mit 29 ein Steuerorgan
zum Steuern der zu den Wandlern 13 und 14 führenden Fülleitungen 26 und 27 bezeichnet.
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Bei dem dargestellten Antrieb braucht der Strömungswandler 18 niemals
entleert zu werden. Es ist jedoch auch eine Ausführungsvariante möglich, bei der
die beiden Lamellenkupplungen 19 und 20 weggelassen sind und das Pumpenrad 30 des
Wandlers 18 unmittelbar mit der Kardanwelle 9 und das Turbinenrad 31 unmittelbar
mit der Hohlwelle 21 des Strömungsgetriebes 3 in Verbindung stehen. In diesem Fall
muß dann der Wandler 18 entleerbar sein, um auf diese Weise den Hilfsmotor 7 vom
Fahrtriebwerk abkuppeln zu können.
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Mitunter ist es erwünscht, auch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten den
Hauptmotor 1 und den Hilfsmotor 7 gleichzeitig auf das Fahrtriebwerk wirken zu lassen
(gemäß Betriebszustand C), um dann ebenfalls große Fahrleistungen zu erzeugen. Damit
hierbei sichergestellt ist, daß der dem Hilfsmotor 7 zugeordnete Wandler 18 sowohl
bei Langsamfahrt (z. B. beim Rangieren) als auch bei Schnellfahrt in einem günstigen
Betriebsbereich mit befriedigendem Wirkungsgrad arbeitet, werden nach einem weiteren
Erfindungsmerkmal in der Kraftübertragung zwischen dem Strömungswandler 18 und dem
Fahrtriebwerk - bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 also etwa zwischen der
Wandlerabtriebswelle 22 und der Hohlwelle 21 - mindestens zwei verschieden ausgelegte
und wahlweise einschaltbare Untersetzungsstufen oder sonstige geeignete Mittel zur
Untersetzungsänderung vorgesehen. Diese können beispielsweise als Zahnradvorgelege
oder als Planetengetriebe ausgebildet sein und ermöglichen es, die Abtriebsdrehzahl
des Wandlers 18 in Anpassung an die jeweilige Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechend
zu untersetzen. Für besondere Fälle ist es sogar denkbar, dem Hilfsmotor etwa zwei
Wandler mit je unterschiedlichen Ausgangsuntersetzungen oder Eingangsübersetzungen
und/oder mit je unterschiedlichen inneren Übersetzungen zuzuordnen.
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Für die Unteransprüche 2 bis 8 wird nur im Zusammenhang mit dem Anspruch
1 Schutz begehrt.