DE289688C

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Publication number: DE289688C
Application number: DENDAT289688D
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die vorliegende Erfindung betrifft den Ausgleich der gangstörenden Massenkräfte für Lokomotiven mit stehenden Kolbenkraftmaschinen, welche Dreikurbelachsen antreiben, die mittelbar mit den Triebrädern gekuppelt sind.

Das Neue der Erfindung liegt darin, daß bei zwei Dreikurbelschubgetrieben, in der Anordnung, nach welcher sechs in gleichen Phasenwinkeln wirkende Kolbenimpulse auf die Achsen und vollständiger Ausgleich der Massenkräfte zweiter Ordnung hinsichtlich der endlichen Kurbelstangenlängen erfolgen, die frei bleibenden Massenkräfte erster Ordnung durch Gegengewichte in zwei oder mehreren gekuppelten Triebrädern, wie bei Patent 267744, ausgeglichen sind.

Es ist bekannt, daß Sechszylindermaschinen mit je drei parallel symmetrisch zur Kurbelmittelebene angeordneten gleichen Schubkurbelgetrieben bei den Kurbelwinkeln von 120 ° ohne freie Massenkräfte, auch hinsichtlich der aus endlicher Stangenlänge sich ergebenden Kräfte zweiter Ordnung sowie ohne Schlinger- und Kippmomente arbeiten, wie eine solche in Fig. ι und 2 dargestellt ist, und wobei die Zylinder mit Z₁ bis Z₆ bezeichnet sind. Es ist dagegen weniger bekannt, wie das gleiche erreicht werden kann mit nicht symmetrischer Anordnung zur Kurbelmittelebene, wie die Fig. 3 und 4 diesen Fall im Gegensatz zu den vorher erwähnten darstellen; es ist hervorzuheben, daß diese Anordnung den Vorteil bietet, sechs Impulse der Kolben in gleicher Phasenfolge von je 60° auf die Umdrehung zu erhalten, was bei hohen Expansionsgraden von Wichtigkeit für ein möglichst gleichmäßiges Drehmoment der Maschinenwirkung ist.

Die Fig. 5 zeigt eine solche Anordnung in axonometrischer Darstellung, und mit deren Hilfe lassen sich folgende Betrachtungen anstellen.

Die Beschleunigung -p der hin und her gehenden Massen eines Schubkurbelgetriebes ist bekanntlich allgemein

cos α _+ — cos 2 α I,

in welchem Ausdruck υ die Kurbelgeschwindigkeit, ρ den Kurbelradius, α den jeweiligen Kurbelwinkel zur Schubrichtung und -^- das Verhältnis von Kurbelhalbmesser zur Schubstangenlänge bedeuten.

Ist die Schubstangenlänge unendlich groß,

-j- also = o, so ist -p¹ = ^₇- cos a, also der Cosinusfunktion des Kurbel winkeis proportional. Diese Beschleunigungsdrücke sogenannter erstör Ordnung lassen sich demgemäß in der Schub-

richtung ausgleichen je durch ein rundlaufendes Gegengewicht, und demgemäß werden zum Ausgleich dieser Wirkungen erster Ordnung zunächst einmal für alle Schubkurbelgetriebe umlaufende Gegengewichte G₁, G₂, G₃, G₄, G₅, G₆ angeordnet gedacht, wie solche in Fig. 5 angedeutet sind.

Die Beschleunigungsdrücke oder Massenkräfte zweiter Ordnung j>₂ sind durch den Ausdruck

r -τ- cos

darstellbar, dieselben sind also der Cosinusfunktion des jeweiligen doppelten Kurbelwinkels proportional. In Fig. 6 ist der Verlauf, wie sich diese Kräfte in der Schubrichtung nach Größe und Richtung während einer Umdrehung ändern, durch eine Schaulinie dargestellt für ein Schubkurbelgetriebe. An Hand dieser Fig. 6 läßt sich folgendes feststellen:

Richtungswechsel der Kräfte zweiter Ordnung findet in den unter 45 ° zur Schubrichtung gelegenen Kurbellagen statt; zwischen diesen Lagen wachsen die Kräfte je von ο bis

— I +_ y I und nehmen wieder bis ο ab; sie sind also in der Schubrichtung bei 0 und 180 ° am größten und nach dem Kreuzkopf gerichtet, indes rechtwinklig zu diesen Lagen, also bei 90° und 270 °, ebenfalls so groß, aber entgegengesetzt gerichtet, vom Kreuzkopf weg. Es erhellt nun ohne weiteres, daß bei einer beliebigen Kurbelstellung, z. B. m, t, bei Lage t diese Kraft ganz gleich und von gleicher Richtung ist wie bei t_v d. h. einer zu dieser gegenständigen Kurbellage. Hieraus folgt nun, daß die Kräfte zweiter Ordnung sich ganz gleich verhalten in bezug auf zwei kurbelgetriebe, ob dieselben gleich oder um 180° versetzt zueinander angeordnet sind. Hieraus folgt weiter, da die Kräfte zweiter Ordnung bei gleichstehenden oder gegenständigen Kurbeln sich gleich verhalten, daß bei gegenständiger An-Ordnung einer Hälfte der Kurbelgetriebe in symmetrischen Ebenen zu einer Mittelebene zu der anderen Hälfte diese Kraftwirkungen zweiter Ordnung genau so ausgeglichen sind wie bei der symmetrischen Anordnung zur Mittelebene.

Kehren wir nun zu den Massenkräften erster Ordnung zurück und betrachten wir die Wirkungen der Gegengewichte G₁ bis G₆ in ihrer Zusammenwirkung.

Es ist bekannt, daß jedes Gegengewicht im Abstande I₁ ersetzt werden kann durch eines im Abstande I mit gleichem Moment; verlegen wir demgemäß die Gegengewichte G₁, G₂, G₃ in den Abstand I (Fig. 7), so erhalten wir im Abstande I drei Gegengewichte I, II, III von verschiedener Größe unter 120 ° zueinander versetzt; diese in der Ebene vom Abstand I liegenden Gewichte können durch ein Gewicht γ ersetzt werden, welches den Gesamtausgleich in der Schubrichtung je auf einer Seite bewirkt.

Diese Gegengewichte γ γ ergeben, da sie gegenständig zueinander wirkend liegen, noch ein freies Kräftepaar rechtwinklig zur Schubrichtung, und dieses Moment, als Schlingermoment wirkend, ist noch aufzuheben, wenn der Ausgleich ein vollständiger sein soll.

Dieser Ausgleich erfolgt bei Lokomotiven durch entgegengesetzt stehende Gegengewichte in den Triebrädern (T, T), so daß in der wagerechten Ebene alle auf den abgefederten Rahmenbau wirkenden Massenkräfte vollständig aufgehoben sind.

Die Anordnung ist in Fig. 8 und in Fig. 9 axonometrisch dargestellt, und zwar sind hier die Achsen der drei Zylinder nebeneinander angeordnet und durch die Kuppelstangen gleichlaufend verbunden, da in der Querrichtung der Lokomotiven gewöhnlich nicht genügend Platz für sechs Zylinder in Reihenan-Ordnung vorhanden ist. Aus der Betrachtung dieser Figuren ergibt sich, daß diese Verschiebung einen Einfluß auf die Kräftewirkungen in ihrer Gesamtheit nicht hat.

Claims

Patent-Anspruch:

Ausgleich der gangstörenden Massenkräfte erster und zweiter Ordnung bei Lokomotiven mit stehenden Kolbenkraftmaschinen und mit den Triebrädern mittelbar gekuppelten Achsen nach Patent 267744, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Sechskurbelmaschine mit ausgeglichenen Massenkräften zweiter Ordnung, deren KoI-benimpulse in sechs gleichen Phasenwinkeln während jeder Umdrehung erfolgen, zwei Dreikurbelachsen angeordnet sind und die rechtwinklig zur Schubrichtung verbleibenden Massenkräfte erster Ordnung durch in zwei oder mehreren gekuppelten Triebrädern angebrachte Gegengewichte in horizontaler Ebene ausgeglichen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.