DE258982C

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Publication number: DE258982C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Zum Antrieb von Fahrzeugen durch Verbrennungsmotoren sind verschiedene Vorrichtungen bekannt geworden. Die Übertragung der bei Automobilen bekannten Einrichtungen auf schwere Eisenbahnfahrzeuge hat sich nicht bewährt. Die Schwierigkeiten liegen hier hauptsächlich in den Kupplungen und den Geschwindigkeitswechseln begründet.

Es ist ferner bekannt, derartige Fahrzeuge

ίο durch eine Kraftmaschine, während der Be- schleunigung oder zur Geschwindigkeitsregelung unter Vermittelung einer Dynamomaschine und eines Elektromotors anzutreiben, bei Dauerfahrt aber die Triebachsen mit der Kraftmaschine durch eine mechanische Kupplung fest zu verbinden.

Ferner ist es bekannt, die Verbindung zwischen Kraftmaschine und Triebachsen durch eine dynamoelektrische Kupplung herzustellen, wobei nach der Beschleunigung die Kraftmaschine mit den Triebachsen ebenfalls durch eine feste Kupplung verbunden werden kann, welche an die Stelle der dynamoelektrischen tritt.

Die erstere Anordnung hat den Nachteil, daß Dynamomaschine und Elektromotor während der Beschleunigungszeit die ganze von del Kraftmaschine erzeugte Energie übertragen müssen, weshalb sie sehr groß und schwer werden. Auch wird der Wirkungsgrad der Übertragung gering, vor allem während des Anfahre ns, wo große Drehmomente verlangt werden. Die zweite Anordnung hat die Nachteile, daß erstens niemals Gleichheit der Winkelgeschwindigkeit zwischen den zu kuppelnden Maschinenteilen erreicht und daß zweitens das Übersetzungsverhältnis nicht verändert werden kann. Als mechanische Kupplungen können hier nur verhältnismäßig große und schwere Reibungskupplungen in Frage kommen, welche zu Unzuträglichkeiten Veranlassung geben.

Es ist fernerhin bekannt, die in einer als Gleichstromdynamo ausgebildeten dynamoelektrischen Kupplung erzeugte elektrische Energie in einem Gleichstrommotor zum Antriebe des Fahrzeuges auszunutzen.

' Die vorliegende Erfindung vermeidet die prinzipiellen Nachteile, mit welchen die vorstehend aufgeführten Übertragungsmethoden behaftet sind, wie . aus der nachfolgenden Beschreibung hervorgeht, und erlaubt insbesondere zwischen Kraftmaschine und Triebachsen mehrere Übersetzungsgetriebe von verschiedenem Übersetzungsverhältnis stoßfrei einzuschalten. Sie soll hauptsächlich den bei schweren Eisenbahnfahrzeugen (Triebwagen und Lokomotiven) auftretenden Bedürfnissen gerecht werden. Als Hauptforderungen können hier neben anderen allgemeiner Natur aufgestellt werden:

1. Stoßfreier Übergang der Geschwindigkeit von Stillstand zum Maximalwert.

2. Großes Anfahr- und Beschleunigungsmoment ; möglichst ein Vielfaches des normalen Motordrehmomentes.

3. Übertragung der Motorarbeit auf die Triebachsen bei einem maximalen Wirkungsgrad, vor allem bei Dauerfahrt.

_ψ4. Größte Leichtigkeit und Billigkeit der Maschinenanlage trotz der wünschenswerten Güte und Betriebssicherheit der Anlage.

Auf der Zeichnung ist die Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.

Die Kraftmaschine α α mit Welle b b treibt unter Vermittelung einer elektrodynamischen Kupplung c c¹ und eines Getriebes d d¹ mit einem bestimmten Übersetzungsverhältnis die Triebachse e mittelbar oder unmittelbar an. Die Kraftmaschine α α mit Welle b b kann auch unter

ίο Vermittelung einei mechanischen Kupplung ff¹ die Triebachse e durch ein Getriebe g g¹ antreiben, welches indessen ein größeres Übersetzungsverhältnis besitzt als das Getriebe d d¹. Ist das Fahrzeug in Ruhe, so läuft der Motor α β leer. Wird die Kupplung c c¹ nunmehr erregt, so überträgt der Motor sein Drehmoment über¹ c c¹ und d d¹ auf die Triebachse e. Das Getriebe" g g¹ mit der Kupplungshälfte f¹ rotiert mit. Die andere Kupplungshälfte f rotiert mit der Geschwindigkeit der Welle b b. Mit zunehmender Geschwindigkeit des Fahrzeuges, also abnehmendem Schlupf zwischen den Teilen e und c¹ der dynamoelektrischen Kupplung, tritt ein Augenblick ein, in dem die Kupplungshälften f und f¹ mit gleicher Geschwindigkeit rotieren. In diesem Momente wird der Eingriff zwischen f und f¹ hergestellt. Während der Dauerfahrt treibt nun der Motor α α über f f¹ und g g¹ die Triebachse β an. Die Erregung der dynamoelektrischen Kupplung wird beseitigt und das Getriebe d d¹ mit dem Teil c¹ der dynamoelektrischen Kupplung läuft leer mit.

Das Einfallen der Kupplung f f¹ kann automatisch eingeleitet werden, etwa durch folgende Einrichtung. Die Kupplungshälften f und f¹ treiben je ein Gegenrad h und h¹ eines Planetengetriebes an. Das Planetenrad i nimmt unter Reibungsschluß einen Hebel k mit, dessen Ausschläge durch Anschläge I I¹ begrenzt sind. Während der Beschleunigungsperiode rotiert das Planetenrad i in einem bestimmten Sinne, und der Hebel k liegt etwa an dem Anschlag I. Wenn f und f¹ gleiche Geschwindigkeit haben, bleibt das Planetenrad i stehen, bzw. es ändert seine Drehrichtung, wenn die Geschwindigkeit von f¹ weiter zunimmt. Der Hebel k legt sich jetzt an den Anschlag I¹. Diese Bewegung des Hebels k kann benutzt werden, um elektrisch oder pneumatisch die Bewegung der Kupplungshälfte f einzuleiten.

Eine Vergrößerung des Anfahr- und Beschleunigungsmomentes ist durch die soeben beschriebene Einrichtung noch nicht erzielt. Durch Ausnutzung der in der dynamoelektrischen Kupplung c c¹ erzeugten Energie in einem besonderen Motor m, welcher auf ςΐΐβ Triebachse e durch ein besonderes Getriebe oder einfacherweise durch das Getriebe g g¹ wirkt,

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wird dies Ziel erreicht. Wesentlich ist, daß das Getriebe zwischen Motor m und Triebachse β ein größeres Übersetzungsverhältnis hat als das Getriebe d d¹ aus mehreren Gründen. Erstens um einen raschlaufenden leichten Motor m von hohem Wirkungsgrad zu erhalten, zweitens um durch die Übersetzung das Drehmoment des Motors in bezug auf die Triebachse β zu vergrößern, wobei zu beachten ist, daß der Motor m nur während der Anfahr- und Beschleunigungsperiode und der Überwindung sehr großer Steigungen arbeitet.

Als wesentlicher Umstand kommt bei der vorliegenden Einrichtung in Betracht, daß die dynamoelektrische Kupplung als Mehrphasengenerator, und der von ihr gespeiste Motor als Mehrphasenmotor ausgebildet werden. Diese Kombination ist als neu zu betrachten und ergibt speziell in vorliegender Verbindung charakteristische Vorteile. .

Durch die Verwendung von Mehrphasenstrom ergibt sich im vorliegenden Falle zunächst der große Vorteil, daß umlaufende Bürsten und Kollektoren vermieden werden. Es ist dabei aber der Umstand zu beachten, daß mit zunehmender Beschleunigung der Schlupf zwischen Anker und Feld der Kupplung abnimmt und damit auch die Periodenzahl des erzeugten Mehrphasenstromes. Die maximale Tourenzahl eines Induktionsmotors ist andererseits festgelegt durch, dessen Polzahl und die Periodenzahl des zugeführten Wechselstromes. Irri vorliegenden Falle fällt also mit zunehmender Beschleunigung die Tourenzahl, welcher der Motor zustrebt. .

' Um die daraus resultierenden ungünstigen Verhältnisse zu verbessern, wird der Motor derart ausgebildet, daß mit zunehmender Beschleunigung seine Polzahl verringert werden kann. Hierzu stehen die bekannten Hilfsmittel der Polumschaltung oder der Ausführung mit mehreren Wicklungen verschiedener Polzahl zur Verfügung. In der Kombination eines derartigen Motors mit der als Mehrphasengenerator ausgebildeten Kupplung ist eine sehr wesentliehe Ergänzung des beschriebenen Antriebssystems zu erblicken. Er bildet also im vorliegenden System einen wesentlichen Bestandteil der Erfindungseinheit, also eines vollständigen Ubertragungssystems zwischen Kraftmaschine und Triebachse, das in sich die für den praktischen Betrieb erforderlichen Eigenschaften vereinigt, welche die bekannten Systeme nur teilweise oder garnicht besitzen.

Die Gleichstromanordnung ergibt die bequemste Möglichkeit der Tourenregelung; die Mehrphasenanordnung ergibt indes die einfachsten, betriebssichersten und billigsten Maschinen. Da Kollektoren nebst Bürsten vermieden sind, also keine Rücksicht auf Kommu-

tierüng zu nehmen ist, können.die Mehrphasenmaschinen stoßweise höher überlastet werden. Noch ein weiteier Umstand spricht für die Mehrphasenanordnung. Bei Gleichstrommaschinen kann durch unvorsichtige Handhabung der Steuerung (zu schnelles Anfahren) leicht eine Beschädigung der Maschinen eintreten, wenn nicht Sicherungen oder Automaten zur Begrenzung der Stromstärke vorgesehen sind. Derartige Hilf sapparate komplizieren aber die Einrichtung und verringern deren Betriebssicherheit und sollen deshalb vermieden werden. Die Mehrphasenanordnung bietet demgegenüber die Möglichkeit, die Stromstärke zu begrenzen, ohne Hilfsapparate hinzuzufügen. Durch;geeignete. Wahl der Selbstinduktion in dem Strömkreise Mehrphasengenerator (Kupplung) - Mehrphasenmotor hat man es in der Hand, die Stromstärke zu begrenzen. Mit wachsender Stromstärke wächst erstens die Gegenspannung der Selbstinduktion, dann aber auch die Ankerrückwirkung zwischen Feld und Anker der Kupplung.

Die Haupteigenschaft der durch Anspruch 1 gekennzeichneten Einrichtung ist die, daß die feste mechanische Kupplung zwischen Kraftmaschine und Triebachse jeweils bei übereinstimmender Winkelgeschwindigkeit der beiden zu kuppelnden Teile erfolgt. Die Herstellung

dieses Zustandes ist aber an das Vorhandensein einer zweiten Übersetzung von gröffiito/Übersetzungsverhältnisse wie dasjenige des Gefeifibes zwischen dynamoelektrischer Kuppli Triebachse gebunden, wegen des zwischen Feld und Anker der dynai trischen Kupplung. Es ändert an Prinzip nichts, wenn außer dem zweiten noch ein drittes oder viertes Getriebe vorgesehen wird, wobei dessen Übersetzungsverhältnis jeweils größer ist. Es kann z. B. das Getriebe zwischen dynamoelektrischer Kupplung und Triebachse das Übersetzungsverhältnis 1: 1 besitzen, während die anderen Getriebe, die durch feste Kupplungen mit der Kraftmaschine verbunden werden, die Verhältnisse 1:4, 1:3 und ι: 2 aufweisen können. Das Fahrzeug kann so, bei gleichbleibender Umdrehungszahl der Kraftmaschine, dauernd mit verschiedenen Geschwindigkeiten angetrieben werden', wobei die jeweiligen Zugkräfte den Geschwindigkeiten umgekehrt proportional sind, was von großer Bedeutung ist.

In den meisten Fällen wird es den Betriebsbedingungen genügen, wenn nur zwei Über-Setzungsgetriebe für Dauerbetrieb zwischen Kraftmaschine und Triebachsen vorhanden sind. Um ein besonderes zweites Getriebe zu sparen, kann das Getriebe d d¹ durch eine mechanische Kupplung mit der Kraftmaschine α α verbunden werden. Um diese Verbindung

dieser stoßfrei herzustellen, wird die Kupplung f f¹ gelöst, die Kraftzufuhr zur Maschine α α nahezu vollständig eingestellt und die elektrodynamische Kupplung c c¹ über einen Stufenwiderstand oder unter Umständen über den Motor m kurzgeschlossen. Die Kraftmaschine vermindert sofort ihre Geschwindigkeit unter Abgabe ihrer lebendigen Kraft an das Getriebe dd¹, und wenn diese derjenigen des Getriebeteiles d gleich geworden ist, kann eine Kupplung, ähnlich wie f f¹, automatisch zum Einfallen gebracht werden. Hierauf wird die Kraftzufuhr zur Maschine a a wieder vergrößert und die Kraftmaschine bzw. das Fährzeiigiauf die maximale Geschwindigkeit gebrachter:

Die Kupplung c c¹ kann auch in analoger Weise als hydraulische oder pneumatische Pumpe und dementsprechend der Motor m als hydraulischer oder pneumatischer Motor ausgebildet werden. Das Reversieren der Bewegungsrichtung erfolgt durch Reversierung der Kraftmaschine z. B. eines Dieselmotors.

Claims

Patent-An Sprüche:

hältnis

ι. Antriebsvorrichtung für Fahrzeuge, die von einer Kraftmaschine angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Triebachsen (e) von der Kraftmaschine (a) unter Vermittelung einer dynamoelektrischen (c c¹) oder einer gleichwertigen hydraulischen oder pneumatischen Kupplung und eines Übersetzungsgetriebes (d d¹) von einem derartigen Übersetzungsverhältnis angetrieben

daß durch eine mechanische Kuppf¹) ein zweites oder drittes usw. Gevon größerem Übersetzungsvervischen Kraftmaschine und Triebachsen in dem Augenblick eingeschaltet werden kann, in welchem Tourengleichheit zwischen der Kraftmaschine (a) und dem mit ihr zu kuppelnden Getriebsteile (g) herrscht, zum Zwecke, die Vorteile der dynamoelektrischen (hydraulischen, pneumatischen) Kupplung während der Beschleunigungsperiode auszunutzen, während der Dauerfahrt aber eine feste verlustlose Kupplung zwischen Kraftmaschine und Triebachse stoßfrei einschalten zu können.
2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der als Mehrphasengenerator ausgebildeten dynamoelektrischen Kupplung (c c¹) während der Beschleunigungsperiode erzeugte Energie zur Speisung eines Mehrphasenmotors (m) benutzt wird, der unter Vermittelung des zweiten Getriebes (g g¹) oder eines besonderen Getriebes mit großem Übersetzungsverhältnis die Triebachsen (e) antreibt, zum Zwecke, die von der Kraftmaschine erzeugte

Energie während der Beschleunigungsperiode besser auszunutzen und ein größeres Änfahr- und Beschleunigungsmoment zu erzielen.
3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Mehrphasenmotors, der als polumschaltbarer Induktionsmotor oder als Motor mit mehreren Wicklungen von verschiedener Polzahl ausgebildet ist, zum Zwecke, ein Maximum der elektrischen Energie für die Beschleunigung nutzbar zu machen.
4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Anbringung einer Vorrichtung (h h¹, I P, k), welche die Tourengleichheit zwischen Kraftmaschine und Getriebe anzeigt und die mechanische Kupplung (ff¹) im Augenblick der Tourengleichheit selbsttätig zum Einfallen bringt.