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Lokomotive mit hydraulischem Getriebe Die Erfindung bezieht sich
auf eine Lokomotive, insbesondere Rangierlokomotive, mit einem von einem Antriebsmotor,
insbesondere einem Dieselmotor, angetriebenen hydrodynamischen Getriebe, das mit
den Antriebsrädern der Lokomotive gekuppelt ist.
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Im Rangierbetrieb wird häufig die Aufgabe gestellt, daß ein Zug mit
geringer, gleichbleibender Geschwindigkeit gezogen werden soll. Ein solcher Betriebszustand
wird beispielsweise gefordert, wenn ein Güterzug durch eine automatische Beladeeinrichtung
beladen werden soll. Um eine möglichst gleichmäßige Beladung zu erreichen, muß die
vorgegebene Geschwindigkeit des Zuges möglichst genau eingehalten werden, auch wenn
sich der Fahrwiderstand des Zuges und damit die erforderliche
Zugkraft
durch die zunehmende Beladung des Zuges oder durch Steigungen oder Kurven stark
andert.
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ss ist bei diesel-hydraulischen Lokomotiven bekannt, für sehr kleine
Fahrgeschwindigkeiten einen zusätzlichen, meist regelbaren Drehmomentwandler vorzusehen.
Es ist auch bekannt, die Zugkraft dadurch zu regeln, daß der Drehmomentwandler mit
einem verstellbaren Ringschieber im Ölkreislauf ausgerüstet ist und die 'teilung
des Ringschiebers durch ein Regelsystem gesteuert wird, wobei die Ist-Geschwindigkeit
des Zuges mit der vorgegebenen Soll-Geschwindigkeit verglichen wird.
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Ein Konstanthalten der Geschwindigkeit erfordert bei einem hydrodynamischen
Wandler bei Änderung des Fahrwiderstandes grundsätzlich ein Nachregeln, da die Zugkraftkurve
eines hydrodynamischen Wandlers ohne Nachregeln einen Verlauf hat, wie es in Abb.
1 durch die Kurve atw dargestellt ist, d.h.
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mit steigender Zugkraft nimmt die Geschwindigkeit ab und umgekehrt.
Im normalen Arbeitsbereich des Wandlers ist das Produkt aus Zugkraft und Geschwindigkeit
nahezu konstant.
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Eine Rangierlokomotive hat jedoch außer der genannten Spezialaufgabe
noch andere Rangier- und Transportaufgaben zu erfüllen.
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Beispielsweise ist der bei kleiner, konstanter Geschwindigkeit beladene
Zug häufig - bei möglichst vorteilhafter Geschwindigkeit - weiterzubefördern. Dabei
bedeutet ??vor teilhafte" Geschwindigkeit, daß sich bei einer bestimmten Anhängelast
für jeden Streckenabschnitt gemäß der vorhandenen Steigung und der Kurven aus der
vorhandenen Motorleistung eine bestimmte Höchstgeschwindigkeit ergibt, die möglichst
- wenn nicht aus sonstigen Gründen Geschwindigkeitsbeschränkungen vorliegen - ausgenützt
werden soll. Bei Anderung der Streckenbedingungen, beispielsweise der Steigung,
soll sich - möglichst automatisch - die dann mögliche Höchstgeschwindigkeit einstellen.
Für diese Aufgabe ist ein hydrodynamisches Getriebe gut geeignet, da bei einem solchen
Getriebe das Produkt aus Zugkraft und Geschwindigkeit annähernd konstant bleibt,
d.h. daß ein solches Getriebe unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit die gleiche
Leistung abgibt, also z.B. die höchste Dauerleistung des Generators multipliziert
mit den diversen Wirkungsgraden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lokomotive der eingangs
genannten Art so weiterzubilden, daß unter Vermeidung von aufwendigen Regelsystemen
bei kleinenFt3.hrgeschwindigkeiten auch bei starken Änderungen der Zugkraft
die
Fahrgeschwindigkeit konstant bleibt.
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Die zur Lösung dieser Aufgabe geschaffene erfindungsgemäße Lokomotive
der eingangs genannten Art ist gekennzeichnet durch ein dem hydrodynamischen Getriebe
parallel geschaltetes hydrostatisches Getriebe und Schalt- und Steuermittel zur
wahlweisen Zu- und Abschaltung des hydrodynamischen Getriebes und des hydrostatischen
Getriebes.
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Ein hydrostatisches Getriebe ist für die Konstanthaltung der Geschwindigkeit
bei wechselndem Fahrwiderstand viel besser geeignet als ein hydrodynamisches Getriebe.
Kurve "b" in Fig. 1 zeigt den Zugkraftverlauf bei Verwendung eines hydrostatischen
Getriebes (ohne Nachregelung). Die Zugkraftkurve ist sehr steil (fast senkrecht),
d.h. bei Änderung des Fahrwiderstandes - auch um große Beträge - ändert sich die
Fahrgeschwindigkeit nur um wenige Prozente. Bei einer Lokomotive gemäß der Erfindung
erfolgt die Leistungsübertragung je nach Aufgabenstellung über das hydrodynamische
oder das hydrostatische Getriebe. Soll mit kleiner, möglichst konstanter Geschwindigkeit
gefahren werden, so wird die hydrostatische Kraftübertragung benutzt. Sollen normale
Rangierarbeiten oder Sbeckenfahrten gemacht werden, so erfolgt die Leistungsübertragung
über
das hydrodynamische Getriebe. In beiden Fällen werden die natürlichen Eigenschaften
des hydrostatischen bzw. des hydrodynamischen Getriebes vorteilhaft genutzt.
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Ein bei kleiner, konstanter Fahrgeschwindigkeit beladener Zug soll
häufig nach Beendigung des Beladevorganges - ohne daß der Zug vorher angehalten
wird - mit höherer Geschwindigkeit weiterbefördert werden. Bei einem kombinierten
hydrodynamisch-hydrostatischen An-trieb ist es dann erforderlich, bei fahrendem
Zug vom hydrostatischen Antrieb ohne Zugkraftunterbrechung auf das hydrodynamische
Getriebe umzuschalten.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird dieses Problem wie folgt
gelöst.
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Das hydrostatische Getriebe besteht im wesentlichen aus einer Pumpe,
die Öl mit einem bestimmten Druck fördert. Dieses Drucköl wird einem Öldruck-Motor
zugeleitet, der die im Öldruck übertragene Energie über seine Abtriebswelle auf
das Fahrzeug überträgt. Die Höhe des Öldruckes hängt von der erforderlichen Zugkraft
ab. Steigt der Fahrwiderstand des Zuges und damit die erforderliche Zugkraft, so
steigt auch der Öldruck (und umgekehrt). Der Öldruck stellt sich also au-tomatisch
ein. Wird min - während der Zug über das hydrostatische
Getriebe
gezogen wird - das hydrodynamische Getriebe zusätzlich eingeschaltet (was beispielsweise
durch Füllen eines Drehmomentwandlers mit Öl erfolgt), so wird auch durch diese
Energieübertragung über das hydrodynamische Getriebe eine Zugkraft erzeugt. Das
hydrostatische Getriebe wird dadurch automatisch entlastet. Der Öldruckabfall wird
erfindungsgemäß dazu benutzt, das hydrostatische Getriebe ganz abzuschalten, beispielsweise
dadurch, daß eine Kupplung bekannter Bauart ausgerückt wird. Das hydrodynamische
Getriebe hat dann die volle Leistungsübertragung übernommen, ohne daß eine Zugkraftunterbrechung
eingetreten und ohne daß der Zug zum Stehen gekommen ist.
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Da der Betriebszustand "Fahren mit konstanter Geschwindigkeit" en
meistens nur für sehr kleine Geschwindigkeit/erforderlich ist, sind trotz hoher
Zugkräfte nur relativ kleine über tragungsleistungen für das hydrostatische Getriebe
erforderlich. Das hydrostatische Getriebe kann deshalb normalerweise wesentlich
kleiner ausgelegt werden, als das hydrodynamische Getriebe. Der zusitzliche Bauaufwand
für das hydrostatische Getriebe für das Fahren mit kleiner, gleichbleibender Geschwindigkeit
ist deshalb gegeniiber einer Lokomotive mit nur einem hydrodynamischen Getriebe
relativ gering.
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Fig. 2 zeigt schematisch den Kraftfluß der Energieübertragung.
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Die Antriebsleistung wird von einem Mo-tor 1 erzeugt. Die gestrichelte
Linie 2 umschließt ein hydrodynamisches Getriebe 3 und ein hydrostatisches Getriebe
4. Die vom Motor abgegebene Leistung wird durch bestimmte übertragungselemente,
wie z.B.
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Verbindungswellen, Gelenkwellen, Keilriemen, Zahnradgetriebe, Kupplungen
usw. - dargestellt durch die Pfeile 5 und 6 -entweder auf das hydrodynamische Getriebe
oder das hydrostatische Getriebe übertragen. Die beiden Getriebe 3 und 4 können
wahlweise durch bestimmte Schaltvorgänge - z.B. durch Füllen und Entleeren der hydraulischen
Kreisläufe mit Öl -zu- oder abgeschaltet werden.
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Durch weitere Ubertragungselemente, z.B. Zahnräder, Gelenkwellen,
Achsgetriebe (dargestellt durch den Pfeil 7) wird die Leistung auf die Antriebsräder
des Fahrzeuges übertragen.
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Die Getriebe 3 und 4 können entweder in einem gemeinsamen Gehäuse
oder aber auch getrennt an verschiedenen Stellen der Lokomotive untergebracht sein.
Beispielsweise kann auch das hydrostatische Getriebe 4 entweder eine in sich geschlossene
Einheit
bilden, oder aus getrennt angeordnetem Pumpenteil und Drucköl-Motorenteil bestehen,
wobei Pumpe und Druckölmotor durch Druckölleitungen miteinander verbunden sind.
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Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel. Von dem Antriebsmotor 1 wird
über eine Gelenkwelle 8 die Antriebswelle des Getriebes mit dem darauf befestigten
Zahnrad 9 angetrieben. Das Getriebe des Ausführungsbeispieles enthält die beiden
hydrodynamischen Wandler 12 und 14, die wahlweise über ein nicht dargestelltes Steuersystem
mit Öl gefüllt werden können, so daß beispielsweise der Wandler 12 die Leistungsübertragung
bei Vorwärtsfahrt und der Wandler 14 die Leistungsübertragung bei Rückwärtsfahrt
übernimmt. Das Pumpenrad 11 des Wandlers 12 wird über die Zahnräder 9 und 10, das
Pumpenrad 13 des Wandlers 14 hub zum Teil nicht dargestellte Zahnräder. Von den
Turbinenrädern 15 und 16 der beiden Wandler 12 und 14 erfolgt die Kraftübertragung
iiber die Zahnräder 17, 18, 19, 20, 21 auf die Abtriebswelle 22 des Getriebes und
von dort über die Gelenkwellen 23 auf die auf den Fahrzeugachsen sitzenden Achsgetriebe
24. Vom Zahnrad 9 des Antriebes wird ebenfalls über das Zahnrad 25 die Pumpe 26
des hydrostatischen Getriebes angetrieben. Von der Pumpe 26 führt die Druckölleitung
28 zum Ölmotor 29 und die Rücklaufleitung 27 zur Pumpe 26 zurück. Der Ölmotor 29
ist
über eine Schaltkupplung 30 und iiber das Zahnradpaar 20 und
21 mit der Abtriebswelle 22 verbunden. In die Leitung 28 ist ein Schaltrelais 31
eingebaut, von dem aus bei Abfall des Druckes in der Leitung 28 die Kupplung 30
über die Steuerleitung 32 ausgeschaltet werden kann.