DE2162929A1 - Antriebsaggregat fuer lokomotiven - Google Patents

Antriebsaggregat fuer lokomotiven

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DE2162929A1
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61CLOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C9/00Locomotives or motor railcars characterised by the type of transmission system used; Transmission systems specially adapted for locomotives or motor railcars
    • B61C9/08Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with IC reciprocating piston engines
    • B61C9/10Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with IC reciprocating piston engines mechanical
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61CLOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C9/00Locomotives or motor railcars characterised by the type of transmission system used; Transmission systems specially adapted for locomotives or motor railcars
    • B61C9/28Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with rotary prime movers, e.g. turbines
    • B61C9/30Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with rotary prime movers, e.g. turbines mechanical

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Description

  • Antriebsaggregat für Lokomotiven Die Erfindung betrifft Lokomotiven, und insbesondere ein Antriebsaggregat für Hochgeschwindigkeits-Lokomotiven, das eine Kombination eines Dieselmotors und einer Gasturbine verwendet.
  • Bei hohen Geschwindigkeiten von 160 Kilometer pro Stunde (km/h) und darüber können bis zu 6000 PS für einen Zug, der beispielsweise 500 Tonnen wiegt, benötigt werden. Das Gewicht solch einer Lokomotive kann etwa 130 bis 140 Tonnen betragen, so daß etwa 20 /% ihrer Leistung (PS) verbraucht wird, um ihr eigenes Gewicht zu ziehen. Dies bedeutet aber eine direkte Verschwendung von Treibstoff. Mit der vorliegenden Erfindung soll daher ermöglicht werden, eine Lokomotive mit einer großen PS-Leistung von etwa 6000 PS oder mehr einzusetzen, die ein Gewicht von etwa 80 Tonnen hat und daher ökonomischer im Treibstoffverbrauch ist.
  • Es ist bekannt, daß die Verhältnisse zwischen Leistung und Gewicht bei Dieselmotoren sehr hoch im Vergleich zu den Werten bei Gasturbinen sind. Üasturbinen wurden bisher jedoch bei dem Antrieb von Zügen nicht in nennenswertem Maße eingesetzt und zwar hauptsächlich, weil sie einen hohen Treibstoffverbrauch bei Teil -Lastbetrieb haben.
  • Ein anderes Problem bei Ilochgeschwindigkeitszügen besteht darin, daß der Luftwiderstand bei hohen Geschwindigkeiten sehr steil ansteigt, und daß daher sehr hohe PS-Leistungen bei hohen Geschwindigkeiten benötigt werden. Wenn die gesamte Leistung durch eine Gasturbine mit hoher PS-Leistung geliefert wird, dann ist bei niedrigen Betriebsgeschwindigkeiten die Last auf der Turbine sehr klein, so daß sich ein unwirtschaftlicher Betrieb der Gasturbine auf Grund eines hohen spezifischen Treibstoffverbrauches bei Teillast der Gasturbinen ergibt.
  • Es ist bereits bekannt, bei Lokomotiven die Leistung eines Die selmotors mit der einer Gasturbine zu kombinieren, wobei die Gasturbine hauptsächlich als Hilfsmotor dient. In der bekannten Anordnung wird bei normalen Lauf die Leistung des Dieselmotors auf den Achsantrieb der Lokomotive über eine oder mehrere hydraulische Getriebe übertragen. Wenn die Lokomotive jedoch hohe Beschleunigungen erzielen soll oder eine Steigung bewältigen soll, wird die Leistung der Gasturbine auf die Antriebswelle des Achsantriebes der Lokomotive durch eine Kupplung übertragen, um die Leistung des Antriebs zu erhöhen. Bei dieser Einrichtung beträgt die PS-Leistung der Gasturbine gewöhnlich einen Bruchteil der PS-Leistung des Dieselmotors, d.h. ein Dieselmotor mit 2000 PS kann mit einer Gasturbine mit 700 PS kombiniert sein.
  • Bei dieser bekannten Sinrichtung sind die gewöhnlichen Verluste in dem hydraulischen Ubertragungssystem ein erheblicher Faktor gegenüber der gesamten, übertragenen PS-Leistung.
  • Mit der Erfindung soll demnach nicht nur eine Gas turbine mit sehr viel größerer PS-Leistung vorgesehen werden, vielmehr soll auch die Leistung des Dieselmotors mit der Leistung der Gasturbine so integriert werden, daß die gewöhnlichen Verluste in der hydraulischen Übertragung im wesentlichen eleminiert werden, so daß sich eine beachtliche Einsparung an Treibstoff ergibt. In der vorgeschlagenen Einrichtung sollten die Verluste bei der tbertragung der gesamten von dem Motor und der Gasturbine entwickelten PS-Leistung ein Minimum sein.
  • Erfindungsgemäß ist daher ein Antriebsaggregat für Hochgeschwindigkeits-Lokomotiven, das in Kombination einen Dieselmotor und eine Gasturbine verwendet, gekennzeichnet durch wenigstens ein hydraulisches Getriebe zwischen der Abtriebswelle des Dieselmotors und der Antriebswelle des Achsantriebes der Lokomotive, eine Kupplung zur direkten Verbindung zwischen der Äbtriebswelle der Gasturbine und der Antriebswelle des Achsantriebes für die Lokomotive und wenigstens eine Strömungsmittel-Mechanik-Kupplung, die zwischen der Abtriebswelle des Dieselmotors und der Antriebswelle angeordnet und mit der Abtriebswelle der Gasturbine verbunden ist, wobei die Strömungsmittel-Mechanik-Eupplung aus einer Strömungsmittel-Kupplung und einer parallel angeordneten mechanischen Scheibenkupplung besteht und die Strömungsmittelkupplung eine vorbestimmte Schlupfcharakteristik hat, um als Deilgeschwindigkeits-Synchronisier-Einrichtung zwischen der Geschwindigkeit der Abtriebswelle des Dieselmotors und der Geschwindigkeit der Antriebswelle zu wirken, wenn die Antriebswelle direkt von der Gasturbine durch ihre Kupplung angetrieben wird und bevor die mechanische Scheibenkupplung in der Strömungsmittel-Mechanik-Kupplung eingerückt ist, wobei herkömmliche Einrichtungen vorgesehen sind, um wahlweise das hydraulische Getriebe, die Gasturbinen-Kupplung und die Strömungsmittel-Mechanik-Kupplung ein- oder auszurücken. Im Betrieb wird beim Start nur die Abtriebswelle des Dieselmotors die Antriebswelle für den Rad-Achsantrieb der Lokomotive über das hydraulische Getriebe antreiben, und in dieser Stufe sind die Strömungsmittel-Mechanik-Kupplung und die Kupplung zwischen der Gasturbine und der Antriebe welle der Lokomotive unwirksam. Nachdem die Lokomotive jedoch eine vorbestimmte Geschwindigkeit erreicht hat, wird das hydraulische Getriebe unwirksam gemacht, um die Leistung des Dieselmotors abzuschalten. Gleichzeitig wird die Gasturbine an die Eingangswelle durch die Kupplung der Gasturbine angeschaltet, um die höhere Geschwindigkeit der Lokomotive zu erreichen. Bei einer noch höheren, vorbestimmten Geschwindigkeit wird die Strömungsmittel-Mechanik-Kupplung eingerückt, so daß der Dieselmotor zusätzliche Leistung an die Eingangswelle des Rad-Achsantriebes abzugeben beginnt, der bereits durch die Gasturbine über ihre Kupplung angetrieben wird. Dadurch wird die kombinierte PS-Leistung des Motors und der Gasturbine bei höheren Geschwindigkeitsbereichen der Lokomotive abgegeben.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch das Antriebsaggregat für die Lokomotive; Fig. 2 ein Diagramm, um die Beziehung zwischen Geschwindigkeit und PS-Leistung der Lokomotive zu erläutern; Fig. 3 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Geschwindigkeit der Lokomotive und der Zugkraft zeigt.
  • In den Figuren ist der Dieselmotor D mit seiner Abtriebswelle 1 und einem herkömmlichen Starter 2 gezeigt, der über ein Getriebe mit der Abtriebswelle 1 verbunden ist. Luf der Abtriebswelle 1 ist ein Getriebéra h vorgesehen, das in ein Getrieberad 10 eingreift, welches auf einer Seite den Primärteil eines hXa-draulischen Getriebes 3 antreibt, welches ein Drehmomentwandler ist.
  • Auf der gegenüberliegenden Seite treibt das Getriebe 10 den Primärteil der Strömungsmittel-Mechanik-Kupplung 4 an. Die Leistung des Drehmomentwandlers 3 oder der Strömungsmittel-Mechanik-Kupplung 4 wird auf eine Welle 5 übertragen, auf der die Sekundärteile des Drehmomentwandlers bzw. der Strömungsmittel-Mechanik-Kupplung fest angeordnet sind. Die Welle 5 ist daher die Antriebswelle für die Ubertragung der Leistung an den Achsantrieb 15 der Lokomotive über ein zweistufiges Getriebe, in dem die Leistung entweder durch die Getriebitaeer \1 und 12 oder 13 und 14 übertragen werden kann. Der gleiche Getriebekasten enthält auch Vorwärts- und Rückwärts-Singriffs-Getrieberäder, die mit der Gabel 16 betätigbar sind. Die Gasturbine G weist eine Kupplung 8 auf, die das An- oder Abschalten der Gasturbine von der Eingangswelle 5 des Achsantriebes ermöglicht. Eine herkömmliche hydrodynamische Bremse 7 ist auf der Welle 5 angeordnet.
  • Eingepaßte hydrostatische Pumpen 6 dienen als Antrieb für ein Radiatorgebläse.
  • Zu Beginn gibt der Dieselmotor D Leistung an die Welle 1 über die Getrieberäder 9, 10 zu dem Drehmomentwandler 3 ab, der mit Strömungsmittel gefüllt ist, während die Strömungsmittel-Mechanik-Kupplung 4 ohne Strömungsmittel bleibt und in der ausgerückten Stellung ist Die Leistung wird daher über den Drehmomentwandler 3 auf die Antriebswelle 5 und durch die Getrieberäder 11, 12 mit einem hohen Ubersetzungsverhältnis an den Endachsantrieb 15 übertragen. Wenn die Lakomotive eine vorbestimmte Geschwindigkeit, beispielsweise 75 km/h erreicht, wird der Drehmomentwandler 3 entleert, um die Motorleistung von der Welle 5 zu trennen, so daß die Leistungsabgabe des Dieselmotors an den Achsantrieb aufhört. Zu diesem Zeitpunkt wird die Kupplung 8-eingerückt, die sodann beginnt, Leistung von der Gasturbine G auf die Antriebswelle 5 zu übertragen, wobei durch die Getrieberäder 11, 12 die Leistung auf den Achsantrieb 15 bis zu dem Zeitpunkt übertragen wird, bei dem die Lokomotive eine Geschwindigkeit von 120 km/h erreicht.
  • Bei der Geschwindigkeit 120 km/h wird das Übersetzungsverhältnis geändert, so daß die Welle 5 mit dem Achsantrieb 15 durch ein niedriges tlbersetzungsverhältnis, das durch die Getrieberäder 13, 14 geliefert wird, verbunden ist. Zu diesem Zeitpunkt wird die Kupplung 4 eingerückt, wodurch die Welle 5 zusätzlich durch die Kupplung 4 und die Getrieberäder 10 und 9 mit der Ausgangswelle 1 des Dieselmotors verbunden wird, so daß die Welle 5 zusätzlich die Leistung des Dieselmotors aufzunehmen beginnt.
  • Auf diese Weise nimmt die Welle 5 nun die Leistung sowohl von dem Dieselmotor über die Kupplung 4 als auch von der Gasturbine über die Kupplung 8 auf und überträgt die integrierte Leistung sowohl des Dieselmotors als auch der Gasturbine durch die Getrieberäder 13, 14 auf den Achsantrieb 15. Die Lokomotive kann nun Geschwindigkeiten von 200 km/h oder mehr erreichen.
  • Ein bemerkenswertes Merkmal der oben erwahnten Betriebsweise liegt darin, daß, nachdem die Lokomotive eine Geschwindigkeit von 75 km/h erreicht hat, die Leistung auf die Achsen der Lokomotive immer durch rein mechanische Mittel übertragen wird, die bekanntlich den höchsten Wirkungsgrad haben. Daher wird eine maximale Treibstoffwirtschaftlichkeit durch das angegebene Verfahren der Integration der Leistung eines Dieselmotors und einer Gasturbine und ihre Übertragung an die Achsantriebe erreicht.
  • Wenn daher der Dieselmotor 2500 PS und die Gasturbine 3500 -PS hat, ist zu ersehen, daß bis zu 75 km/h ein Maximum von 2500 PS, zwischen 75 und 120 km/h ein Maximum von 3500 PS und von 120 bis 200 km/h eine Leistung -von 6000 PS zur Verfügung steht.
  • In der oben angegebenen Weise kann eine Lokomotive mit einer höheren Leistung als 6000 PS und mit einer Fahrtgeschwindigkeit von mehr als 200 km/h bei einem Minimum an Gewicht und einem Maximum an Treibstoff-Wirkungsgrad gebaut werden. Das spezielle Ausführungsbeispiel zeigt lediglich die Art, wie dies durchgeführt werden kann. Die erwähnten Geschwindigkeiten und PS-Zahlen sind nur zum Zwecke der Darstellung genannt.
  • Zur Verdeutlichung technischer Einzelheiten wird die Erfindung im folgenden anhand eines Beispieles eines Antriebsaggregates mit 6000 PS beschrieben, das beispielsweise aus einem Dieselmotor mit 2500 PS in Kombination mit einer Gasturbine von 3500 PS entwickelt ist, wobei die beiden Einheiten durch ein Strömungsmittel-Mechanik-Getriebe zusammengefaßt sind, bei dem wenigstens ein Strömungsmittel-Kreis und ferner zwei tbersetzungsverhältnisse für die Achsantriebe vorgesehen sind, um 120 km/h bzw. 200km/h zu erreichen.
  • Unter Bezugnahme auf Figur 2 wird im ersten Fall die Leistung von dem Dieselmotor durch ein hydraulisches Getriebe, d.h.
  • einen Drehmomentwandler, abgenommen. Auf diese Weise werden anfänglich 2500 PS erzeugt, was mehr als genügend ist, um den 500-Tonnen-Zug und das Lokomotivengewicht von 80 Tonnen zu beschleunigen und dadurch schnell eine Geschwindigkeit von75 km/h zu erreichen. Bei dieser Geschwindigkeit werden der Dieselmotor und der Drehmomentwandler abgetrennt, und die Gasturbinen-Eupplung eingerückt. Auf diese Weise wird die Turbinenleistung direkt in dem ersten mechanischen vbersetzungsverhältnis übertragen, das die Lokomotiven-Geschwindigkeit auf 120 km/h erhöhen kann. Die Gasturbine entwickelt in dem ersten mechanischen tbersetzungsverhältnis eine Leistung von 3500 PS bei 120 km/h.
  • Bei75is km/h entwickelt sie etwa 2900 PS. Das zweite Ubersetzungsverhältnis des mechanischen Getriebes wird bei 120 km/h durch Umschalten von dem ersten Vbersetzungsverhältnis eingerückt.
  • Gleichzeitig wird die Leistung des Dieselmotors durch die Strömungsmittel-Mechanik-Kupplung angelegt. Von 120 km/h'bis 200 km/h werden daher sowohl die Leistung des Dieselmotors als auch die Leistung der Turbine zusammengenommen und bei dem zweiten tbersetzungsverhältnis übertragen. Figur 2 zeigt das Verhältnis von Leistung zur Geschwindigkeit ,während Figur 3 ein Diagramm der resultierenden Zugkraft im verhältnis zur Geschwindigkeit zeigt, das auf der Basis folgenderVberlegungen ausgearbeitet wurde, die bei dieser Art von Ausrüstung üblich sind.
  • 1. Der Dieselmotor entwickelt 2500 PS bei 100 % Nenndrehzahl und etwa 1500 PS bei 60 ffi Nenndrehzahl.
  • 2. Die Turbine entwickelt 3500 PS bei 100 °/0 Nenndrehzahl und 2800 PS bei 60 % Nenndrehzahl.
  • 3. Der Wirkungsgrad der fibertragung in dem Strömungsmittelwandler ist 80 % bei maximaler Ausgangsdrehzahl von 75 km/h, während er bei mechanischen Antrieben bei 95 % liegt.
  • 4. Es wurde ein Drehmomentwandler mit einem Verhältnis 3:1 verwendet.
  • Die Vorteile dieses integrierten Antriebsaggregates, die durch andere bekannte Antriebsaggregate nicht erzielbar sind, sind die folgenden: Am Anfang liefert der Dieselmotor die gesamte benötigte Leistung mit dem wirtschaftlichsten Treibstoffverbrauch, da Gasturbinen einen sehr hohen Treibstoffverbrauch haben, wenn es darum geht, von der Geschwindigkeit Null an zu beschleunigen.
  • Erst wenn die Lokomotive eine Geschwindigkeit von etwa 75 km/h erreicht hat, wird der Motor abgetrennt und die Turbine angeschaltet. Nun muß sich die Turbine bereits auf eine hohe Lokomotiven-Geschwindigkeit einstellen, und die Beschleunigung von 75 km/h auf 120 km/h erfolgt bei vorteilhaften Treibstoffverbrauch-Eigenwerten. Auch wird die PS-Leistung der Lokomotive von 2500 PS, die von dem Dieselmotor bei Geschwindigkeiten unterhalb 75 km/h geliefert werden, auf 2900 PS bei 75 km/h erhöht, wenn die Turbine angeschaltet wird. Diese PS-Leistung steigt allmählich auf 3500 PS bei 120 km/h an. Dieser Anstieg der PS-Leistung ist eehr vorteilhaft für den frühen Anstieg der Lokomotiven-Geschwindigkeit. Dieser fortschreitende Anstieg von PS-Leistung mit der Geschwindigkeit ist ein äußerst erwünschtes Merkmal bei dem An-trieb von Hochgeschwindigkeits-Lokomotiven der Zukunft, um den wachsenden Luftwiderstand zu überwinden. Auch in dieser Hinsicht arbeitet die Turbine fast immer unter nahezu optimalen Bedingungen bezüglich Voreilung und Geschwindigkeiten.
  • Wenn sowohl der Dieselmotor als auch die Turbine ihre Leistung bei 120 km/h nach dem Umwechseln in das zweite tbersetzungsverhältnis des mechanischen Getriebes zusammenlegen, steigt die Gesamtleistung stetig von 4300 PS (2800 PS der Turbine und 1500 PS des Dieselmotors) bei 120 km/h, was 60 % der Geschwindigkeit von 200 km/h entspricht, auf 6000 PE bei 200 km/h an, was 100 °% der Lokomotiven-Geschwindigkeit entspricht, wenn man den Dieselmotor und die Gasturbine zusammennimmt. Dadurch werden die vorteilhaftesten Bedingungen für die Teistungserzeug-ung und den Ureibstoffverbrauch geschaffen, insbesondere, da beabsichtigt ist, daß bei Teillastbetrieb in diesem Bereich die Leistung dadurch geregelt wird, daß zuerst die Leistung des Dieselmotors herabgesetzt wird. Auch hier werden wieder optimale Verhältnisse beim Treibstoffverbrauch für vollen Betrieb und Teillastbetrieb der Lokomotive erreicht, weil sowohl bei der Gasturbine als auch bei dem Dieselmotor gute Last- und Geschwindigkeitsparameter verwirklicht sind. Der Teillastbetrieb des Dieselmotors ist bezüglich des Dreibstoffverbrauches annehmbar, uch werden beide Leistungen zusammengenommen und durch ein rein mechanisches Getriebe übertragen, das bekanntlich den höchsten Wirkungsgrad bei der tbertragung hat. Das gesamte Aggregat bildet daher im Betrieb eine optimale Kombination eines Dieselmotors und einer Gasturbine.
  • Das integrierte Antriebsaggregat für eine 6000 PS-Lokomotive ist sehr kompakt, hat ein geringes Gewicht und dennoch einen wirtschaftlichen Ureibstoffverbrauch. Als Ergebnis kann die Lokomotive mit 80 Tonnen statt mit 130 bis 140 Tonnen für einen Zug von etwa 500 Tonnen gebaut werden, wodurch 50 bis 60 Tonnen totes Gewicht eingespart werden. Dadurch wird der thermische Wirkungsgrad der Lokomotive erhöht und beim Betrieb des Zuges die Wirtschaftlichkeit beim Treibstoffverbrauch um 8 bis 10 % verbessert. Da der Treibstoff der einzig größte Faktor bei den Ausgaben in Eisenbahnsystemen ist, bringt die Erfindung große Vorteile für den unmittelbaren Gebrauch auf Hochleistungs-Lokomotiven, die für den Betrieb von Hochgeschwindigkeitszügen entworfen sind.
  • Bei anderen herkömmlichen 6000 PS-Lokomotiven müssen, ob sie eine Kombination eines Diesel mit einer Hydraulik-Eirrichtung oder eines Diesel mit einer elektrischen Einrichtung sind, eine Kühlung durch Umwälzen des heißen Motorkuhlwassers vorgesehen sein. Auch muß die von dem Getriebe erzeugte Wärme, die wenigstens einer Leistung von 1200 PS entspricht, abgeführt werden.
  • Daher werden besonders unter tropischen Bedingungen etwa 600 PS für Gebläse und sehr große Radiatoren benötigt. Bei der Erfindung benötigt nur der 2500 PS-Dieselmotor eine KühlU,nirld der Hydraulikkreis benötigt nur zusätzliche 500 PS für die Warmeverlustlast. Daher können Gebläse mit 250 15 und ein verhältnismäßig viel kleinerer Radiator diese Aufgabe übernehmen.
  • Folglich können auch bei diesem Punkt 7 bis 8 % des Treibstoffbedarfes eingespart werden.
  • Die Erfindung ist nicht auf 6000 PS allein oder auf einen bestimmten Wert der PS-Leistung beschränkt, sondern bezieht sich auf die Verbindung der PS-Leistungen eines Dieselmotors mit der einer Gasturbine anfänglich durch einen Hydraulikkreis und danach durch mechanische Getriebe in der angegebenen Art. Es ist das wesentliche des technologischen Fortschritts dieser Erfindung, wenn die PS-Leistung eines Dieselmotors und einer Gasturbine kombiniert werden können, um ein äußerst wirksames Zugkraft-Antriebsaggregat zu schaffen, das sowohl unter voller Last als auch unter Teillastbedingungen arbeitet, wobei das Gewicht des Aggregates kleingehalten und das Aggregat sehr kompakt ausgeführt wird.
  • Dadurch kann eine Lokomotive mit geringem Gewicht entworfen werden, die den Hochgeschwindigkeitsbetrieb von in der Zukunft einzusetzenden Zügen mit einem Minimum an totem Gewicht der Lokomotive ermöglicht, wodurch sich sehr erhebliche wirtschaftliche Verbesserungen beim Treibstoffverbrauch ergeben. Dadurch werden bei dem Lokomotiventeil des Fahrzeuges Raum und Kosten gespart. Eine herkömmliche 130 - 140-Uonnen schwere Lokomotive würde bei den meisten Eisenbahnsystemen auf Grund der Beschränkungen der Achslast ein Minimum von 6 Achsen mit je 3 Achsen auf jedem Drehgestell benötigen. Eine 80 Tonnen schwere Lokomotive kann jedoch auf 4 Achsen mit je 2 Achsen auf jedem Drehgestell gebaut werden, so daß sich eine einfachere t kompaktere und wirksamere Ausgesteltung des Lokomotiven-Fahrzeuges ergibt. Die Lange der Lokomotive würde ebenfalls reduziert, so daß sich erhebliche Einsparungen an Kosten bei dem Fahrgestellteil der Maschine ergeben.
  • Zusätzlich ergibt sich durch die Anordnung zweier Getriebe-Vbersetzungsverhältnisse zwischen der die Welle speisenden Leistung und den Achsantrieben ein bisher nicht erreichter Vorteil, das heißt, daß in dem Hochgeschwindigkeits-Vbersetzungsverhältnis die Leistung des Dieselmotors zuerst durch das hydraulische Getriebe verwendet wird, um die Lokomotive vom Start weg zu beschleunigen, und nach dem Erreichen einer vorbestimmten Geschwindigkeit wird der Dieselmotor abgetrennt, während die Turbine mit ihrer größeren PS-Leistung durch ihre Kupplung angeschaltet wird, um die Lokomotive allein mit der Leistung der Gasturbine weiter zu beschleunigen.
  • Die Gasturbine ist unter diesen Betriebsbedingungen gut ausgelastet und läuft bei 60 bis 100 % der Turbinen-Nenndrehzahl, was aus Erwägungen der Treibstoffverbrauchskennlinien von Gasturbinen optimal ist. Wenn die Gasturbine 100 °% der Nenndrehzahl erreicht, wird das niedrigere übersetzungsverhältnis eingeschaltet. Die Gasturbinen-Drehzahl fällt dann wieder auf etwa 60 % ab und kann nun die Lokomotiven-Geschwindigkeit weiter erhöhen. Wenn das untere tbersetzungsverhältnis eingerückt ist, wird die Leistung des Dieselmotors zusätzlich durch Ein-rücken der Strömungsmittel-Mechanik-Kupplung aufgebracht. Auf diese Weise wird die PS-Leistder Lokomotive weiter angehoben, um eine schnelle Beschleunigung -und höhere Geschwindigkeit zu erreichen. Es ist zu beachten, daß in diesem Stadium die gesamte PS-Leistung sowohl des Dieselmotors als auch der Gasturbine durch mini mechanische tbertragungsmittel übertragen werden, so daß der höchste Wirkungsgrad der tbertragung erreicht wird, was geringe Betriebskosten zur Folge hat.
  • Obwohl die- Figuren - auf die Verwendung eines hydraulischen Vbertragungskreises, eine Burbinenkupplung und eine Strömungsmittel-Mechanik-Eupplung Bezug nehmen, um eine mögliche Lösung für den speziell angegebenen Fall zu erreichen, ist es offensichtlich, daß diese Kombination auch so abgestimmt werden kann, daß sie eine oder mehrere hydraulische Ubertragungskreise, Strömungsmittel-Mechanik-Kupplungen, tbersetzungsverhältnisse beim endgültigen Antrieb und einen oder mehrere Dieselmotoren und eine oder mehrere Gasturbinen aufweist.
  • Die mechanische Kupplung, die hier beschrieben ist, kann durch eine herkömmliche Strömungsmittel-Eupplung oder eine andere geeignete Kupplung ersetzt werden, die für die entsprechende Funktion geeignet ist, beispielsweise eine Scheibenkupplung, die für einen hohen zulässigen Schlupf zum Zeitpunkt des Einrückens ausgelegt ist.

Claims (6)

Patent ansprüche
1. ntriebsaggregat für Hochgeschwindigkeits-Lokomotiven mit liner Kombination eines Dieselmotors und einer Gasturbine gekennzeichnet durch ein hydraulisches Getriebe (3) zwischen der Abtriebswelle (1) des Dieselmotors (D) und der Antriebswelle (5) für den Lokomotiven-Achsantrieb (15), eine Kupplung (8) zur direkten Verbindung zwischen der Abtriebswelle der Gasturbine (G) und der Antriebswelle (5) des Achsantriebes (15), eine Strömungsmittel-Mechanik-Kupplung (4) zwischen der Abtriebswelle (1) des Dieselmotors (D) und der Antriebswelle (5) wobei die btrömungsmittel-Mechanik-Kupplung (4) eine Strömungsmittel-Kupplung und parallel dazu eine mechanische Scheibenkupplung aufweist und die Strömungsmittel-Kupplung (3) eine vorberechnete Schlupfcharakteristik aufweist, um als Teilgeschwindigkeits-Synchronisiereinrichtung zwischen der Drehzahl der Abtriebswelle (1) des Dieselmotors (D) und der Drehzahl der Antriebswelle (5) zu wirken, wenn die Antriebswelle direkt durch die Gasturbine über ihre Kupplung angetrieben und bevor die mechanische Scheibenkupplung in der Strömungsmittel-Mechanik-Kupplung (4) eingerückt wird, und wobei ferner herkömmliche Einrichtungen vorgesehen sind, um wahlweise das hydraulische Getriebe(3), die Gasturbinen-Kupplung (8) und die Strömungsmittel-Mechanik-Kupplung (4) ein- oder auszurücken, so daß in der einen Betriebsart beim Start der Lokomotive nur die Abtriebswelle (1) des Dieselmotors die Antriebswelle (5) für den Rad-Achsantrieb (15) durch das hydraulische Getriebe (3) antreibt und in dieser Stufe die Strömungsmittel-Mechanik-Kupplung (4) und die Kupplung (8) zwischen der Gasturbine (G) und der Antriebswelle (5) unwirksam sind, jedoch, nachdem die Lokomotive eine vorbestimmte Geschwindigkeit angenommen hat, das hydraulische Getriebe unwirksam gemacht wird, um die Leistung des Dieselmotors abzuschalten und gleichzeitig die Gasturbine (G) an die Antriebswelle (5) durch die Kupplung(8) der Gasturbine angeschaltet wird, um höhere Geschwindigkeiten der Lokomotive zu erreichen, und daß bei einer vorbestimmten höheren Geschwindigkeit die Strömungsmittel-Mechanik-Eupplung (4) eingerückt wird, so daß der Dieselmotor zusätzliche Leistung an die Antriebsweie (5) abzugeben beginnt, die bereits durch die Gasturbine (G) über die Kupplung (8) angetrieben wird, wobei die zusammengenommene PS-Leis.tung des Motors und der Gasturbine in dem höheren Geschwindigkeitsbereich der Lokomotive aufgebracht wird.
2. Antriebsaggregat nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß ein zweistufiger Getriebekasten zwischen der die Leistung übertragenden Welle und dem Achsantrieb (15) vorgesehen ist, der eine Einrichtung (16) auSweist, um wahlweise das höhere oder das niedere tbersetzungsverhältnis des Getriebes einzurücken.
3. Antriebsaggregat nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Dieselmotor seine Leistung über die Strömungsmittel-Mechanik-Kupplung (4) immer dann abgibt, wenn die Gasturbine angeschaltet ist, ob das erste Getriebe-Verhältnis oder das zweite Getriebe-Verhältnis eingestellt ist, so daß die integrierte Leistung über einen ausgedehnten Geschwindigkeitsbereich für große Beschleunigungen zur Verfügung steht.
4. Antriebsaggregat nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet daß der Dieselmotor zuerst durch das hydraulische Getriebe (3) und dann durch die Strömungsmittel-Mechanik-Eupplung (4) in dem ersten tIbersetzungsverhältnis ohne die Gasturbine wirksam ist, und daß die Gasturbinenleistung mit der Leistung des Dieselmotors nur dann zusammengefaßt wird, wenn das zweite tlbersetzungsverhältnis für Hochgeschwindigkeitsbetrieb eingerückt ist.
5. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der- Dieselmotor mit einem oder mehreren Hydraulik-Getriebekreisen gefolgt durch eine oder mehrere Strömungsmittel-Mechanik-Kupplungen zusammenwirkt und daß eines oder mehrere tbersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle (5) und den Achsantrieben ( 5) vorgesehen sind, um die Leistung der Gasturbine in einer vorbestimmten Sequenz mit der Leistung des Dieselmotors zusammenzufassen.
6. Antriebsaggregat nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsmittel-Mechanik-Kupplung (4) durch eine einfache Strömungsmittel-Kupplung oder durch eine Scheibenkupplung oder durch eine andere, an sich bekannte, geeignete Kupplung ersetzt wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4419154A1 (de) * 1994-06-01 1995-12-07 Abb Patent Gmbh Schienengebundenes Fahrzeug

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