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Kennwort: "Hydrostatischer Lüfterantrieb" Kühlvorrichtung für eine
hydrodynamische Bremse Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für eine hydrodynamische
Bremse eines Fahrzeuges, insbesondere Schienenfahrzeuges, mit einem Wärmetauscher
und einem Gebläse und mit einer nur während des Bremsvorganges eine Radachse des
Fahrzeuges mit dem Gebläse-Rotor verbindenden Kraftübertragungseinrichtung.
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In einer solchen Kühlvorrichtung wird die aus der Arbeitsflüssigkeit
der hydrodynamischen Bremse abzuführende Wärme in dem Wärmetauscher an die Außenluft
übertragen, wobei das genannte Gebläse zum Transport der Außenluft durch den Wärmetauscher
dient.
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Da eine solche Bremse stets nur vorübergehend in Betrieb ist -bei
allerdings sehr unterschiedlicher Einschaltdauer -, soll das Gebläse, wie schon
erwähnt, nur während eines Bremsvorganges angetrieben werden, um bei ausgeschalteter
Bremse nicht unnötig Antriebs-Energie zu verbrauchen. Eine bekannte, in der Nähe
der Radachse angeordnete Kühlvorrichtung (DT-OS 1 625 858) besitzt eine überwiegend
mechanische Kraftübertragungseinrichtung von der Radachse zum Gebläse-Rptor; das
Ein- und Ausschalten des Gebläses errolgt hierbei durch Füllen und Entleeren einer
Foettinger-Kupplung. Diese an sich sehr einfache Ausführung des Gebläseantriebes
ist Jedoch dann sehr ungünstig, wenn der Wärmetauscher und das Gebläse nicht - wie
bei dieser bekannten Ausführung - in der Nähe der Radachse, sondern an der Stirnseite
oder im Dachbereich des Fahrzeuges angeordnet sein sollen. Dadurch ergeben sich
lange Wege für die Kraftübertragung von der Radachse zum Gebläse, wodurch die Möglichkeit
der mechanischen Kraftübertragung wegen zu großen Aufwandes praktisch ausscheidet.
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Es ist auch bekannt, in Schenentriebfahrzeugen das Gebläse der
Kühlvorrichtung
durch eine hydrostatische Kraftübertragungseinrichtung anzutreiben. Hierbei ist
die hydrostatische Pumpe Jedoch stets vom Fahrzeugmotor und nicht von der Radachse
aus angetrieben. Dies hat den Nachteil, daß während eines Bremsvorganges der Fahrzeugmotor
nicht
stillgesetzt werden ganges der Fahrzeugmotor nicht stillgesetzt werde kann, wie
es z.B. um Kraftstoff zu sparen - wünschenswert wäre, sondern er muß für den Antrieb
des Gebläses eine nicht unbedeutend über dem Leerlaufwert loiegende Leistung abgeben.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, die eingangs beschriebene Kühlvorrichtung
dahingehend weiterzubilden, daß die Wärmetaucher und das Gebläse in beliebiger Entfernung
von den Radachsen angeordnet werden können und der Gebläseantrieb trotzdem von den
Radachsen aus erfolgen kann. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
daß a) die Kraftübertragungseinrichtung in an sich bekannter Weise einen hydrostatischen
Gebläsemotor und eine hydrostatische Pumpe sowie eine die Pumpe mit dem Gebläsemotor
verbindende Druckleitung aufweist, b) die Pumpe als Zahnradpumpe ausgebildet ist,
deren Antrieb ständig mechanisch mit der Radachse verbunden ist, c) in der Druckleitung
ein Umsteuerventil angeordnet ist zum wahlweisen Zuführen des von der Zahnradpumpe
gelieferten Druckmittels in einer ersten Stellung zum Gebläsemotor oder in einer
zweiten Stellung zum drucklosen Rücklauf.
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d) das Umsteuerventil mit dem Einschaltorgan der hydrodynamischen
Bremse derart gekoppelt ist, daß das Umsteuerventil bei Bremsbeginn aus der zweiten
in die erste Stellung umgeschaltet wird.
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Es ist zwar an sich bekannt, daß bei Verwendung hydrostatischer Kraftübertragungselemente
auch größere Entfernungen von der
Kraftquelle (Radachse) zum Kraftverbraucher
(Gebläse-Rotor) leicht überwunden werden können. In einer Kühlvorrichtung der eingangs
beschriebenen Art, bei der die Kraftübertragungseinrichtung zum Gebläse nur während
des Bremsvorganges wirksam sein soll, sind jedoch beim Anwenden hydrostatischer
Kraftübertragungselemente außergewöhnliche Maßnahmen, nämlich die oben unter b),
c) und d) genannten erforderlich. Diese erlauben es nämlich erst, das Gebläse in
einfacher und betriebssicherer Welse ein- und auszuschalten; und zwar ist es deshalb
erforderlich, die hydrostatische Pumpe als Zahnradpumpe auszubilden, weil nur eine
solche Pumpe Ständig mit der Radachse mecanisch gekuppelt sein und über längere
Zeit auch ohne Gegendruck betrieben werden kann. Bei einer Sonst üblichen Kolbenpumpe
ist dies dagegen nicht möglich; vielmehr muß eine solche Kolbenpumpe, wenn immer
sie in Betrieb ist, mit Druck beaufschlagt werden; andernfalls würde sie alsbald
Schaden erleiden. enn man daher beim Anmeldungsgegenstand eine Kolbenpumpe verwenden
würde, so müsste sie außerhalb des Bremsbetriebes mechanisch von der Radachse abgekuppelt
werden. was zusätzlichen Baeuaufwand erfordern würde. Demgegenüber ist beim Anmeldungsgegenstand
durch das Verwenden einer Zahnradpumpe und durch das in deren Druckleitung vorgesehene
Umschalventil, welches i der oben angegebenen Weise mit dem Einschaltorgan der hydrodynamischen
Bremse gekoppelt ist, eine außerordentlich einfache und zugleich zuverlässige Einrichtung
zum Zu- und Abschalten des Gebläses geschaffen.
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Wie schon erwähnt, ist in einem Fahrzeug die Einschaltdauer der hydrodynamischen
Bremse oehr unterschiedlich. Man unterscheidet sogenannte Dauerbremoungen. die bei
langen Gefälle fahrten auf Gebirgsstrecken auftreten (die hierbei gefahrene "Dauerbremsgeschwindigkeit"
ist jeweils auf etwa 30 bis 50 % der Höchstgeschwindigkeit festgelegt) und sogenannte
Schnellbremsungen, das sind kurzzeitige Vrzogerun6sbremsun:en aus meistens hoher
Fahrgeschwindigkeit. Um nun bei Dauerbremsungen ein übermäßige Erwärmen des Hydrostatiköles
zu vermeiden (was. die Installation einer zusätzlichen
Kühlleinrichtung
erfordern würde), wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, die
Zahnradpumpe derart zu bemessen, daß ihre Fördermenge bei Dauerbremsgeschwindigkeit
wenigstens angenähert gleich der bei Dauerbremsungen erforderlichen Schluckmenge
des Gebläsemotors ist. Dadurch ist die Fördermenge der Zahnradpumpe in dem genannten
Betriebsfall zu 100 % ausgenutzt; eine Erwärmung des Hydrostatik-Öles wird hierdurch
vermieden. Außerdem steht für Schnellbremsungen aus hoher Fahrgeschwindigkeit zum
Erzeugen einer hierbei erforderlichen höheren Gebläsedrehzahl seitens der Zahnradpumpe
eine erhöhte Fördermenge zur Verfügung. Dabei kann der Fall eintreten, daß die Pumpenfördermenge
sogar höher als erwünscht ist; in diesem Fall wird durch ein an die Druckleitung
angeschlossenes verstellbares Uberströmventil die Lüfterdrehzahl auf den gewünschten
Wert Selbstverständlich ist die Anwendung der erfindungsgemäß ausgebildeten Kühlvorrichtung
nicht etwa auf motorlose Fahrzeuge beschränkt; vielmehr kann der Anmeldungsgegenstand
gerade auch bei Triebrahrzeugen, vorzugsweise bei solchen mit Brennkraftmotor und
hydraulischem Getriebe, besonders vorteilhaft eingesetzt werden.
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Hierbei ist die Kühlvorrichtung als zentrale Einheit für sämtliche
zu kühlenden Einrichtungen der Antriebsanlage einschließlich der hydrodynamischen
Bremse ausgebildet. Damit in diesem Fall die Kühlvorrichtung auch bei Traktionsbetrieb,
d.h. solange die Kraftübertragung von der Radachse zum Gebläse-Rotor unterbrochen
ist, voll beaufschlagt werden kann, ist zusätzlich eine an sich bekannte, vom Fahrzeugantriebsmotor
angetriebene hydrostatische Pumpe mit einer ebenfalls zum Gebläsemotor führenden
Druckleitung vorgesehen. Bei dieser Ausführung ist also eine erste, von der Radachse
angetriebene und nur während des Bremsbetriebes wirksame Hydrostatikpumpe und außerdem
eine zweite, vom Fahrzeugantriebsmotor angetriebene und nur während des Traktionsbetriebes
voll wirksame Hydrostatikpumpe vorhanden. Gegenüber der bekannten Bauweise, welche
nur die zuletzt genannte Hydrostatikpumpe aufweist, hat der Anmeldungsgegenstand
den Vorteil, daß dem Gebläse-Rotor während des Bremsbetriebes die erforderliche
Antriebs leistung nicht vom Fahrzeugantriebsmotor zugeführt werden muß, sondern
der Wucht des Fahrzeuges
entnommen werden kann. Dadurch erzielt
man eineseits eine Verstärkung der Bremswirkung und andererseits eine Verringerung
des Brennstoffverbrauches, insbesondere bei langen Gefällefahrten im Gebirge. Außerdem
ist es von großem Vorteil, daß die Bremsleistung auch dann sicher abgeführt werden
kann, wenn der Fahrzeugantriebsmotor in einem Schadens- oder Notfall stillgesetzt
werden muß.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand einer
Zeichnung beschrieben. Darin ist schematisch der Gebläseantrieb für die Kühlvorrichtung
eines chieentriebfahrzeuges dargestellt.
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Das Schienentriebfahrzeug besitzt einen als Gasturbine ausgebildeten
Fahrzeugantriebsmotor 1, welcher über 2 Zahnradgetriebestufen 2, 3; 4, 5 den Primärteil
eines hydrodynamischen Getriebes 12 antreibt. Mit dem Sekundärteil dieses hydrodynamischen
Getriebes 12 sind einerseits eine hydrodynamische Bremse 13 und andererseits über
ein Wendeschaltgetriebe 14 die Radachsen 15 der Treibräder 16 verbunden (In der
Zeichnung ist von ddn Treibrädern nur eines dargestelt).
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Die KühLvorrichtung weist einen wärmetauscher 6 mit Leitungen 7, 8
zum Zu- und Abführen der zu kühlenden Arbeitsflüssigkeiten des hydrodynamischen
Getriebes 12 und der hydrodynamischen Bremse 13 sowie einen Gebläse-Rotor 9 auf,
der von einem hydrostatischen Gebläsemotor 19 angetrieben wird. Das für diesen Gebläsemotor
19 erforderliche Druckmittel wird bei Bremsbetrieb gemäß der Erfindung von einer
ersten als Zahnradpumpe ausgebildeten hydrostatischen Pumpe 20 geliefert, deren
Antrieb mit dem Sekundärteil des hydrodynamischen Getriebes 12 gekoppelt ist. Uber
eine Druckleitung 22, 23 und ein Umsteuerventil 24 gelangt das Druckmittel von der
Pumpe 20 zum Gebläsemotor 19, An die Druckleitung 23 ist ein den Druck in der Druckleitung
23 und damit die Gebläsedrehzahl bestimmendes Überströmventil 25 angeschlossen,
welches Je nach anfallender Bremsleistung auf verschiedene DrUcke einstellbar ist.
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Es kann auch - mittels eines an der Leitung 7 vorgeaehenen Temperaturfühlers
26 - in Abhängigkeit von der Temperatur der zu kühlenden Arbeitsflüssigkeit gesteuert
werden (Temperaturregeleinrichtung).
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Für den Traktionsbetrieb ist zum Antrieb des Gebläse-Rotors 9 wie
an sich bekannt - eine weitere hydrostatische Pumpe 30 vorgesehen, deren Antrieb
über die Zahnräder 21, 4 mit dem Primärteil des hydrodinamischen Getriebes 12 gekoppelt
ist und die Druckmittel über eine Druckleitung 32 und ein Rückschlagventil 34 sowie
über die schon genannte Druckleitung 23 dem Gebläsemotor 19 zuführt.
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Das Umsteuerventil 24 führt das von der Zahnradpumpe 20 gelieferte
Druckmittel während des Bremsbetriebes in der ersten, in der Zeichung dargestellten
Stellung zum Gebläsemotor 19 und während des Traktionsbetriebes in der zweiten Stellung
zum drucklossen Rücklauf. Die Zahnradpumpe 20 wird also bei Traktionsbetrieb im
Leerlauf betrieben, wodurch ein Erwärmen des Druckmittels vermieden wird. Durch
eine gemeinsame, beispielsweise vom t2rerstar>d des Triebfahrzeuges ausgehende
Steuerleitung 35 ist das Umsteuerventil 24 mit dem (in der Zeichnung nur schematisch
datgrstellten) Einschaltorgan 33 der hydrodynamischen Bremse 13 gekoppelt, und zwar
derart, daß das Umsteuerventil 24 bei Bremsbeginn aus der zweiten in die erste Stellung
(wie in der Zeichnung dargestellt) umgeschaltet wird Bei Bremsbetrieb ist die von
der Kühlvorrichtung Je Zeiteinheit abzuführende Wärmemenge wesentlich höher als
bei Traktionsbetrieb.
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Die dementsprechend unterschliedlichen Gebläsedrehzahlen können, wie
schon erwähnt, durch Einstellen verschiedener DrUcke in der Druckmittelleitung (mit
Hilfe de; Überströmventiles 25) erzeugt werden. Dabei wird die Steurung des Überströmventiles
25 vorzugsweise derart ausgebildet, daß der Druck in der Leitung 23 während des
Traktionsbetriebs auf veränderliche von der Temperatur der zu kühlenden Arbeitsflüssigkeit
abhängende Werte und während des Bremsbetriebes auf einen festen höheren Wert eingestellt
ist. Dadurch kann das Gebläse zu Beginn einer Bremsung unabhängig von der obengenannten
Temperaturregeleinrichtung sehr rasch auf die erforderliche höhere Drehzahl gebracht
werden; dies erfolgt verzugsweise gleichzeitig mit dem Umschalten des Umsteuerventiles
24 aue
der zweiten in die erste Stellung. Das Überströmventil 25
kann für den Bremsbetrieb auch zwei verschienden hoho feste Stellungen .u1weiJen,
entoprechend den unterschiendlichen Bremsleistungen bei einer Dauerbremsung und
bei einer Schnellbremsung.
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Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist der
Fahrzeugantriebsmotor 1 als Gasturbine ausgebildet; anstelle dieser könnte jedoch
ein Dieselmotor verwendet werden. De Erfindung wird jedoch bevorzugt im Zusammenhang
mit GasturbinenantriebeIl verwendet werden, weil bei diesen - im Gegensatz zum Dieselmotor-Antrieb
- kein Motor-Flüssigkeitskühlsystem zur Verfügung steht, welches in der Lage wäre,
wenigstens vorübergehend als Speicher für die von der hydrodynamischen Bremse erzeugte
Wärme zu dienen.
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er in der Zeichnung dargestellte Gebläseantrieb kann sinngemäß auch
bei einem motorlosen Fahrzeug angewandt werden. Hierbei entfallen der Fahrzeugantriebsmotor
1. die Zahnradgetriebestufen 2, 3; 4, 5, das hydrodynamische Getriebe 12 und die
hydrostatische Pumpe 30 mit dem Antriebsrad 21, dem Rückschlagventil 34 und der
Druckleitung 52, sowie gegebenenfalls das Wendeschaltgetriebe 14.
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Die Bremse 13 urid die Zahnradpumpe 20 werden in diesem Falle direkt
von der Radachse 15 angetrieben.