DE3526457A1 - Koppelgetriebe fuer eine lokomotive - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Koppelgetriebe zwischen dem Antriebsmotor einer Lokomotive, insbesondere einer Grubenlokomotive und deren angetriebenen Rädern.

Es ist bekannt, bei Grubenlokomotiven zwischen dem Elektromotor oder Dieselmotor ein Getriebe anzuordnen, das die erforderliche Untersetzung zu den Antriebsrädern erzeugt. Diese bekannten mechanischen Getriebe haben eine feste Untersetzung, so daß die Fahrgeschwindigkeit oder die Zugkraft der Lokomotive nicht immer ausreichend ist. Insbesondere bei elektrisch angetriebenen Lokomotiven führt die feste Untersetzung zu hoher Stromaufnahme.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Koppelgetriebe für Lokomotiven, insbesondere für Grubenlokomotiven zu schaffen, das in der Übersetzung bei gutem Wirkungsgrad veränderbar ist, was zu einer hohen Zugkraft der Lokomotive führt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Motor eine erste hydrostatische Axialkolbeneinheit antreibt, die über einen Hydraulikflüssigkeitskreislauf eine zweite hydrostatische Axialkolbeneinheit antreibt, wobei mindestens eine der beiden hydrostatischen Axialkolbeneinheiten im Volumen veränderbar ist und daß die Welle der zweiten hydrostatischen Axialkolbeneinheit an die erste Eingangswelle eines Planetengetriebes angeschlossen ist, dessen Abtrieb mit den angetriebenen Rädern der Lokomotive verbunden ist und dessen zweite Eingangswelle mit der Welle des Motors verbunden ist.

Ein solches hydrostatisches Koppelgetriebe läßt den Antriebsmotor stets im maximal günstigen Drehzahlbereich laufen, so daß ein optimaler Wirkungsgrad erzielt wird. Dies ist insbesondere bei Elektromotoren von größter Bedeutung. Der Motor wird stets optimal gekühlt, und es wird eine hohe Zugkraft bei gleichbleibender verhältnismäßig niedriger Motorenleistung erzielt. Bei einem Elektromotor ist die Stromaufnahme niedrig. Antriebsmotor und Koppelgetriebe können von kleiner Bauweise und geringem Gewicht sein, so daß auch die Lokomotive, insbesondere eine Elektro-Katze, von geringem Gewicht und geringen Außenabmessungen sein kann.

Auch ist es nicht mehr erforderlich, für die Hubhydraulik einer Lokomotive, insbesondere einer Grubenlokomotive oder Elektro-Katze einen gesonderten Antrieb vorzusehen, da im Stillstand die Hilfspumpe und/oder weitere angeschlossene Hilfspumpen genügend Leistung bringen können.

Eine hohe Zugkraft und einfache Steuerung werden dann erreicht, wenn das Schluckvolumen der im Volumen nicht veränderbaren hydrostatischen Axialkolbeneinheit maximal groß eingestellt ist. Hierbei kann die an den Motor angeschlossene hydrostatische Axialkolbeneinheit im Volumen verstellbar sein.

Ferner wird vorgeschlagen, daß der Steg (Planetenträger) des Planetengetriebes den Abtrieb bildet. Auch kann die Welle einer der beiden hydrostatischen Axialkolben­ einheiten an das Sonnenrad des Planetengetriebes angeschlossen sein und das Hohlrad mit der anderen hydrostatischen Axialkolbeneinheit verbunden sein.

Vorzugsweise wird vorgeschlagen, daß der Druck des Hydraulikflüssigkeitskreislaufes durch eine zusätzliche Hilfspumpe aufrechterhalten wird, die über ein selbsttätig schaltendes Wendegetriebe von dem Planetengetriebe angetrieben ist. Hierbei kann das Wendegetriebe eine Schwinge aufweisen, die koaxial zur Schwenkachse ein mit der Hilfspumpe verbundenes Zentralzahnrad und hierzu im Abstand zwei weitere Zahnräder trägt, die ineinandergreifen, von denen eines mit dem Zentralrad in Eingriff steht und die abwechselnd je nach Drehrichtung des Planetengetriebes und Stellung der Schwinge mit einem Rad des Planetengetriebes in Eingriff sind. Besonders vorteilhaft ist das Getriebe dann einsetzbar, wenn der Antriebsmotor ein Elektromotor ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Koppelgetriebe mit geschnitten dargestelltem Planetengetriebe und

Fig. 2 ein Koppelgetriebe nach Fig. 1 mit einem Planetengetriebe in seitlicher Ansicht.

Ein Elektromotor 1 ist mit seiner Welle an die Welle einer ersten hydrostatischen Axialkolbeneinheit 3 angeschlossen, um diese mit etwa gleichbleibender Drehzahl anzutreiben.

Die Axialkolbeneinheit bzw. Axialkolbenpumpe weist in bekannter Weise Förderkolben auf, die in Zylindern eines umlaufenden Zylinderblockes angeordnet sind. Die Drehachse des Zylinderblocks steht in einem Winkel gegenüber der Antriebsachse, die einen umlaufenden Triebflansch besitzt. Im Triebflansch sind die kugeligen Enden der Kolben-Schubstangen gelagert. Durch Schwenken des Zylinderblocks ist die Fördermenge veränderbar.

Im Ausführungsbeispiel ist die Axialkolbeneinheit 3 auf die maximale Fördermenge eingestellt, und über einen Hydraulikflüssigkeitskreislauf 4 treibt die Einheit 3 eine zweite hydrostatische Axialkolbeneinheit 5 an. Diese zweite Einheit ist von gleicher Bauweise wie die der ersten, so daß bei maximaler Verstellung bzw. Förderung der zweiten Einheit die Abtriebswelle 6 der zweiten Einheit mit derselben Drehzahl umläuft wie die Welle 2 der ersten Einheit. Statt einer in der Fördermenge unveränderlichen ersten Einheit und einer steuerbaren zweiten Einheit kann auch die erste Einheit in der Fördermenge veränderbar sein und die zweite Einheit konstant in der maximalen Förderleistung verbleiben. Ferner können auch beide Einheiten veränderbar sein. In der weiter unten beschriebenen Arbeitsweise wird angenommen, daß die erste Axialkolbeneinheit veränderbar und die zweite konstant ist.

Beide Axialkolbeneinheiten sind an ein Planetengetriebe 7 angeschlossen. Die Welle 6 der zweiten Axialkolbeneinheit 5 treibt das Sonnenrad 8 des Planetengetriebes 7 an, und die Welle 2 zwischen Elektromotor 1 und erster Axialkolbeneinheit 3 ist mit einem Stirnrad 9 verbunden, das außen am Hohlrad 10 angreift. Zwischen Hohlrad 10 und Sonnenrad 8 sind Planetenräder 11 an einen Steg (Planetenträger) 12 gelagert, der den Abtrieb 13 bildet. Der Abtrieb 13 führt über ein weiteres nicht dargestelltes Getriebe zu den Antriebsrädern der Lokomotive.

Der Elektromotor oder Dieselmotor 1 erbringt eine konstante Drehzahl. Die Axialkolbeneinheit 3 wird je nach der geforderten Drehzahl am Abtrieb 13 gesteuert. Entspricht das Fördervolumen der Axialkolbeneinheit 3 dem Schluckvolumen der zweiten Axialkolbeneinheit 5, dann drehen Stirnrad 9 und Sonnenrad 8 mit gleicher Drehzahl in derselben Richtung, und da Stirnrad und Sonnenrad dieselben Durchmesser aufweisen, bleibt der Steg 12 stehen, und die Drehzahl des Abtriebs 13 ist Null. Da das Schluckvolumen der Einheit 5 stets auf Maximum, d. h. auf den größten Schwenkwinkel eingestellt ist, steht bei Stillstand des Abtriebes die erste Axialkolbeneinheit 3 auch auf dem größten Schwenkwinkel. Im Stillstand der Lokomotive laufen somit sowohl der Antrieb als auch die beiden Axialkolbeneinheiten mit der optimalen Drehzahl, und es können andere Einheiten versorgt werden.

Wird der Schwenkwinkel der ersten Axialkolbeneinheit 3 verkleinert, so entsteht eine Differenzdrehzahl zwischen beiden Einheiten. Das Sonnenrad dreht dann langsamer als das Stirnrad, so daß jetzt der Steg 12 umläuft und eine Abtriebsdrehzahl entsteht. Je geringer das Fördervolumen der ersten Axialkolbeneinheit 3 ist, desto größer wird die Abtriebsdrehzahl. Ist der Schwenkwinkel der ersten Axialkolbeneinheit 3 Null, dann erreicht der Abtrieb eine mittlere Drehzahl, und damit den Hauptarbeitsbereich. In diesem Hauptarbeitsbereich arbeitet der hydrostatische Teil des Getriebes nicht, und damit wird das Koppelgetriebe zu einer rein mechanischen Übersetzung mit geringsten Verlusten im hydrostatischen Teil. Dieser günstige Wirkungsgrad des gesamten Koppelgetriebes wird für die häufigste Geschwindigkeit der Lokomotive bzw. der Batterie- oder Diesel-Katze genutzt.

Wird der Schwenkwinkel der ersten Axialkolbeneinheit 3 über die Nullförderung hinaus in umgekehrter Förderrichtung gestellt, so wird die Abtriebsdrehzahl noch größer, da die zweite Axialkolbeneinheit 5 sich jetzt in entgegengesetzter Richtung dreht und damit sich das Stirnrad 9 in umgekehrter Richtung dreht, so daß sich auch das Sonnenrad entgegengesetzt dem Stirnrad bewegt. Hierdurch läßt sich die maximale Drehzahl des Abtriebs erreichen.

Soll eine Rückwärtsfahrt der Lokomotive erzielt werden, so läßt man den Motor 1 in umgekehrter Richtung drehen. Bei einem Elektromotor geschieht dies auf einfachste Weise durch Umpolung.

Um einen ausreichenden Druck in dem Hydraulikkreislauf 4 zu erzeugen, ist eine Hilfspumpe 14 angeschlossen, deren Antriebswelle über ein Wendegetriebe 15 an das Planetengetriebe 7 angeschlossen ist. Das Wendegetriebe weist eine Schwinge 16 auf, die um eine Achse 17 verschwenkbar ist, um die sich ein Zentralrad 18 dreht. Das Zentralrad 18 kämmt mit einem ersten Zahnrad 19, das in einer ersten Stellung der Schwinge 16 außen am Hohlrad 10 in ähnlicher Weise wie das Stirnrad 9 angreift. Diese Stellung der Schwinge 16 ist in Fig. 2 dargestellt. Soll die Lokomotive in umgekehrter Richtung fahren, so dreht der Motor, und damit auch das Planetengetriebe, in umgekehrter Richtung. Da aber die Hilfspumpe 14 stets in derselben Drehrichtung angetrieben sein muß, verschwenkt nun selbsttätig die Schwinge 16 so weit, daß ein zweites, mit dem Zahnrad 19 kämmendes, auf der Schwinge gelagertes Zahnrad 20 statt des Rades 19 außen am Hohlrad 10 angreift, das vom Zahnrad 19 angetrieben ist. Hierdurch bleibt die Drehrichtung des Zentralrads 18 erhalten. Um bei Drehrichtungsumkehrung des Antriebs, und damit des Hohlrades 10, ein automatisches Verschwenken der Schwinge 16 zu erreichen, sitzt auf der Welle der Hilfspumpe 14 eine Rücklaufsperre, so daß das Wendegetriebe gezwungen wird, umzuschalten.

Claims (8)

1. Koppelgetriebe zwischen dem Antriebsmotor einer Lokomotive, insbesondere einer Grubenlokomotive bzw. einer Batteriekatze und deren angetriebenen Rädern, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (1) eine erste hydrostatische Axialkolbeneinheit antreibt, die über einen Hydraulikflüssigkeitskreislauf (4) eine zweite hydrostatische Axialkolbeneinheit (5) antreibt, wobei mindestens eine der beiden hydrostatischen Axialkolbeneinheiten (3, 5) im Volumen veränderbar ist, und daß die Welle (6) der zweiten hydrostatischen Axialkolbeneinheit (5) an die erste Eingangswelle eines Planetengetriebes (7) angeschlossen ist, dessen Abtrieb (13) mit den angetriebenen Rädern der Lokomotive verbunden ist und dessen zweite Eingangswelle (2) mit der Welle des Motors (1) verbunden ist.

2. Koppelgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schluckvolumen (Vg 2) der im Volumen nicht veränderbaren hydrostatischen Axialkolbeneinheit (5) maximal groß eingestellt ist.

3. Koppelgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Motor (1) angeschlossene hydrostatische Axialkolbeneinheit (3) im Volumen verstellbar ist.

4. Koppelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (Planetenträger) (12) des Planetengetriebes (7) den Abtrieb (13) bildet.

5. Koppelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (6) einer der beiden hydrostatischen Axialkolbeneinheiten (5) an das Sonnenrad (8) des Planetengetriebes (7) angeschlossen ist und das Hohlrad (10) mit der anderen hydrostatischen Axialkolbeneinheit (3) verbunden ist.

6. Koppelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Hydraulikflüssigkeitskreislaufes (4) durch eine zusätzliche Hilfspumpe (14) aufrechterhalten wird, die über ein selbsttätig schaltendes Wendegetriebe (15) von dem Planetengetriebe (7) angetrieben ist.

7. Koppelgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wendegetriebe (15) eine Schwinge (16) aufweist, die koaxial zur Schwenkachse (17) ein mit der Hilfspumpe (14) verbundenes Zentralzahnrad (18) und hierzu im Abstand zwei weitere Zahnräder (19, 20) trägt, die ineinandergreifen, von denen eines mit dem Zentralrad (18) in Eingriff steht und die abwechselnd je nach Drehrichtung des Planetengetriebes (7) und Stellung der Schwinge (16) mit einem Rad (10) des Planetengetriebes in Eingriff sind.

8. Koppelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (1) ein Elektromotor ist.