DE393869C - Verbrennungsmotorlokomotive - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 8. APRIL 1924

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 20 b GRUPPE 7 (A36991 III20b)

Aktiebolaget Vaporackumulator in Stockholm.

Verbrennungsmotorlokomotive. Patentiert im Deutschen Reiche vom 21. Januar 1922 ab.

Für diese Anmeldung ist gemäß dem Unionsvertrage vom 2. Juni 1911 die Priorität auf Grund der Anmeldung in Schweden vom 22. Januar 1921 beansprucht.

Im Lokomotivbetrieb hat man bisher von dem in stationären Anlagen und Schiffen mit so großem Vorteil eingeführten Verbrennungsmotor, besonders vom Dieselmotor, keinen ausgedehnten Gebrauch machen können, teils weil der Verbrennungsmotor kein erhebliches Arilaßmoment entwickeln kann und teils weil er denjenigen Bedingungen der Überlastungsfähigkeit, die im Lokomotivbetrieb in Steigungen und Krümmungen erforderlich sind, nicht entspricht.

Um diese Schwierigkeiten zu beheben, ist die Verbindung eines Verbrennungsmotors mit elektrischen Maschinen vorgeschlagen, indem durch den Verbrennungsmotor ein Generator angetrieben wird, der einem oder mehreren

Fäm

£98869

elektrischen Motoren Strom liefert, wobei der Verbrennungsmotor beim Anlassen zuerst den elektrischen Generator im Leerlauf antreibt. Nachdem dann die normale Umdrehungszahl erreicht ist, werden die elektrischen Motoren mit Hilfe des vom Generator erzeugten Stromes angelassen. Zufolge der schweren und kostspieligen Vorrichtungen hat aber diese Lösung besonders für größere Einheiten nicht durchgeführt werden können.

Man hat ,auch vorgeschlagen, durch einen besonderen Verbrennungsmotor einen Luftverdichter anzutreiben, der Druckluft erzeugt, die aufgespeichert wird, um in dem Antriebsmotor der Lokomotive beim Anlassen verwendet zu werden. Weiter hat man elastische Übertragung auf mechanischem Wege zwischen dem Verbrennungsmotor und der Treibwelle, z. B. mit Hilfe von Flüssigkeitstransformatoren, vorgeschlagen. In dieser Weise wird aber nur ein Anlassen ermöglicht, während keine Überlastung in Steigungen usw. erhalten werden kann.

Die vorliegende Erfindung bezweckt eine vollständige Lösung der Aufgabe und besteht aus der Kombination eines Diesel- oder anderen Verbrennungsmotors mit einem Dampfspeicher, derart, daß der normale Antrieb mit diesem Motor erfolgt, während das Anlassen bzw. bestimmte Überlastungen mit Hilfe von Dampf aus dem Speicher durchgeführt wird, welcher Dampf entweder in einer besonderen Dampfmaschine oder im Verbrennungsmotor zur Wirkung kommt.

Dieser Speicher, der auf der Lokomotive oder 5 auf einem besonderen Anhängewagen angeordne t wird, wird zweckmäßig als ein gut isolierter Behälter ausgeführt, der zum größten Teil mit Wasser oder einem anderen Stoff gefüllt ist zwecks Aufspeicherung von Dampf und Wärme. In diesem Speicher wird zweckmäßig die überschüssige Wärme des Verbrennungsmotors aufgespeichert. Die Abgase des Motors haben gewöhnlich eine Temperatur von etwa 500 ° C, und man kann deshalb aus diesen Abgasen eine nicht unbedeutende Wärmemenge zurückgewinnen. Dies kann zweckmäßig derart erfolgen, daß der Kessel, in dem die Wärme der Abgase ausgenutzt wird, und der Speicher zu einer Einheit zusammengebaut sind. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Speicherungsfähigkeit des Kessels durch Anordnung eines damit zusammenwirkenden, von dem Kessel getrennten Speichers zu erhöhen.

Auch kann der Speicher dadurch geladen ' werden, daß man ihm Wärme in anderer Weise zuführt.

Abb. ι stellt beispielsweise schematisch eine

Lokomotive mit Anhängewagen für den Wasser als Speicherstoff enthaltenden Dampfspeicher dar. Abb. 2 zeigt eine andere Ausführungsform des Anhängewagens mit Dampfspeicher.

i In Abb. ι bezeichnet 1 den Verbrennungsmotor, beispielsweise eine Dieselmaschine, 2 den dazugehörigen Kompressor, 3 den Dampfmotor, der durch eine Leitung 4 mit dem Dampfspeieher 5 in Verbindung steht, 6 ist ein Dampfkessel, der mit zahlreichen Siederohren 7 versehen ist und in dem dieAbgase des Verbrennungsmotors, die durch Leitung 8 dem Kessel zugeführt werden, zur Dampferzeugung ausgenutzt werden, worauf sie bei 9 ins Freie entweichen. Der I Abhitzekessel 6 ist in diesem Falle auch mit j einer ölfeuerung 10 ausgerüstet. 11 bezeichnet i die Ladeeinrichtung des Speichers, durch die d':r im Kessel 6 erzeugte Dampf dem Speicher ■■ zugeführt wird. An die Ladeleitung ist auch eine Leitung 12 angeschlossen, durch die gegebenenfalls Dampf von außen dem Speicher zugeführt werden kann. Dem Speicher kann auch durch das Ventil 13 Dampf für andere Verbraucher als die Dampfmaschine 3, z. B. zur Erwärmung des Zuges, entnommen werden. 14 bezeichnet ein Sicherheitsventil.

Abb. 2 zeigt eine andere Ausführungsform des mit dem Speicher 5 versehenen Anhängerwagens. Hier sind die Siederohre 7 in den Speicher 5 eingebaut. Die Abgase werden durch das Rohr 8 zugeführt und entweichen nach Durchströmung der Rohre 7 durch den Schornstein 9. Im übrigen sind dieselben Vorrichtungen vorhanden wie bei der Ausführung nach Abb. i.

Beim Ingangsetzen ist der Speicher 5 geladen. Das Ingangsetzen wird derart erzielt, daß Dampf aus dem Speicher dem Dampfmotor 3 zugeführt wird, mit dessen Hilfe der Zug in Gang gesetzt wird. Die größte Kraft wird, wie bekannt, im Anlaßaugenblick beansprucht, und bei dieser Gelegenheit ist ja auch der Druck im Speicher 5 am größten, was natürlich ein günstiges Anlassen ermöglicht. Nachdem der Zug in dieser Weise bis auf eine ziemlich große Geschwindigkeit gebracht ist, wird der Dampf abgestellt, und der Dieselmotor ι übernimmt dann die Arbeit des Dampfmotors.

Die W^rärme der Abgase des Dieselmotors wird in der obenerwähnten Weise dem Speicher 5 zugeführt, der also während des Betriebes allmählirh geladen wird. Zufolge der guten Isolierung 15 wird der Speicher 5 längere Zeit aufgeladen bleiben.

Wie beim Anlassen kann Dampf vom Speicher 5 dem Dampfmotor 3 zugeführt werden, um in Steigungen u. dgl. eine erhöhte Zugkraft zu erhalten. Selbstverständlich kann Dampf vom Speicher auch für die Steuerung des Dieselmotors, z. B. für dessen Anlassen und Umsteuerung, genommen werden.

Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß dem Speicher während des Betriebes immer die Wärme der Abgase zugeführt werden kann,

398869

ro daß Anlassen und Überlastungen vom Speicher gut gedeckt werden können. Man kann sich denken, daß das Sicherheitsventil des Speichers geneigt' ist, zufolge einer zu hohen Ladung abzublasen. In diesem Falle kann man die Belastung des Dieselmotors vermindern und den Dampfmotor in Tätigkeit setzen, so daß der Druck im Speicher wieder herabgesetzt wird.

ίο Zufolge der guten Isolierung des Speichers ist sein Wärmeverlust so gering, daß er sich mehrere Tage aufgeladen halten kann, wenn er außer Betrieb ist," während welcher Zeit die so zusammengebaute Lokomotive also augenblicklieh anlaßfähig ist.

Bei Bedarf kann aber, wie erwähnt, der Speicher dadurch aufgeladen werden, daß ihm Wärme in anderer Weise, z. B. mittels ölfeuerung, zugeführt wird, und zwar falls der Speicher beim Anlassen entladen sei wie auch bei längeren Überlastungen in langen Steigungen, in welchem Falle, wie obenerwähnt, der Dampfmotor zu Hilfe genommen werden kann.
Unter Umständen kann man sich auch die Anordnung derart denken, daß der Speicher während der Aufenthalte an den Stationen in irgendeiner Weise aufgeladen wird.

Selbstverständlich kann anstatt eines Dieselmotors auch ein anderer Verbrennungsmotor,

z. B. ein Sauggasmotor, Glühkopfmotor 0. dgl., verwendet werden. Im letzten Falle kann man sich auch denken, daß ein Gaserzeuger am Tender oder an der Lokomotive vorgesehen wird, wobei zweckmäßig minderwertiger Brennstoff, z. B. Torf, Braunkohle u. dgl., zur Anwendung gelangen kann.

Am Tender kann ein geeigneter Behälter für das Kühlwasser vorgesehen sein. Das Kühlwasser kann, nachdem es die Mäntel der Zylinder durchströmt hat, entweder wegrinnen oder auch in einem anderen Behälter bis zum nächsten längeren Aufenthalte aufgespeichert werden, wobei das erhitzte Wasser durch Kaltwasser ersetzt wird.

Auch kann eine Anordnung derart getroffen werden, daß immer das gleiche Wasser verwendet wird, in welchem Falle das Wasser in bekannter Weise in einem Oberflächenkondensator oder in einem Gradierwerk durch Luft rückgekühlt wird.

Die Lösung der Aufgabe nach der vorliegenden Erfindung bietet folgende große Vorteile:

1. Zufolge Anwendung eines Dampfmotors können erheblich große Anlaß- und Überlastungsmomente erhalten werden, in der gleichen Weise wie bei einer gewöhnlichen Dampflokomotive, und zwar selbst in noch höherem Grade zufolge der momentan zur Verfügung stehenden, außerordentlich großen Dampfmenge.

2. Gegenüber den gewöhnlichen Dampflokomotiven weist diese Lokomotive eine enorme Ersparnis an Brennstoff auf, indem der thermische Wirkungsgrad von 3 bis 7 Prozent bis auf denjenigen der Dieselmotoren gesteigert werden kann. Gegenüber den früher vorgeschlagenen Lösungen der Aufgabe weist das neue Verfahren auch eine nicht unerhebliche Ersparnis an Brennstoff auf, die dadurch erreicht wird, daß teils die Verluste, die mit elektrischer Übertragung verknüpft sind, beseitigt werden können, und teils weil nach vorliegender Erfindung die Wärme der Abgase verwertet wird.

3. Gegenüber der Lösung mit elektrischer Übertragung werden die Anlagekosten erheblich kleiner.

4. Dampf für die Erwärmung des Zuges kann zweckmäßig dem Speicher entnommen werden.

5. Besonders wird sich eine Kombination mit einem Dampfspeicher für den Fall als geeignet erweisen, wenn eine plötzliche Bremsung herbeizuführen ist, da diese, wie bekannt, wirkungsvoll nur mit Dampf hervorgebracht werden kann.

6. Der Kessel bzw. der Speicher versieht den Dienst eines sehr wirkungsvollen Schalldämpfers.

7. Diese Vorrichtung zeigt außerdem, daß bestehende Lokomotiven nach vorliegendem System leicht abgeändert werden können, wodurch die Anlagekosten verhältnismäßig gering werden. Die Ausführung einer solchen Abänderung mag im folgenden näher beschrieben werden.

Beispielsweise können besondere Motoren zum Dampfbetrieb sowohl als zum Verbrennungsmotorbetrieb aufgestellt werden. Unter Umständen kann man sich denken, daß keine besonderen Dampfmotoren angeordnet werden, sondern daß Dampf den Verbrennungsmotorzylindern zugeführt wird, der dann z. B. auf den beiden Kolbenseiten zur Wirkung kommen kann. Während des Anlassens wird in diesem Falle kein Kühlwasser den Mänteln des Motors zugeführt, dagegen kann man ihnen Dampf zuführen, um Kondensationsverluste bzw. Wasserschläge in den Zylindern zu vermeiden. Nachdem der Zug in dieser Weise bis auf eine ziemlich große Geschwindigkeit gebracht ist, wird der Dampf abgestellt, Kühlwasser den Mänteln der Zylinder zugeführt, und der Verbrennungsmotor übernimmt den Dienst des Dampfmotors, wie oben beschrieben.

Unter anderen Umständen kann es vorteilhaft sein, den Verbrennungsmotor derart einzurichten, daß die eine Seite als Dampfmotor betrieben werden kann, während die andere Seite als Verbrennungsmotor arbeitet.

Um das kleinste Gewicht des Verbrennungsmotors zu erhalten, kann er zweckmäßig in Zweitakt und in Doppelwirkung arbeiten.

In bezug auf die Manöverierung kann n?an

sich eine Vorrichtung denken, durch die die Dampfzufuhr zu den Dampfzylindern und ihren Mänteln abgestellt, während gleichzeitig dem Verbrennungsmotor Kühlwasser, Öl und Druckluft zugeführt wird.

Am zweckmäßigsten wird die Erfindung derart abgeändert, daß sie bei vorhandenen Dampflokomotiven ohne weiteres verwendbar ist. Im folgenden wird beschrieben, wie die Erfindung in diesem Falle verwendet werden kann, wobei jedoch zu bemerken ist, daß man sich mehrere andere derartige Modifikationen denken kann.

Berechnungen haben erwiesen, dai3 der Wasserraum des vorhandenen Lokomotivkessels mehr als ausreichend ist, um eine genügende Wassermenge für das Anlassen aufzuspeichern. Unter Umständen kann dieser Wasserraum dadurch noch vergrößert werden, daß man einen etwas größeren Behälter aufbaut, der am Platz des Kessels angebracht wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Speicherungsfähigkeit des Kessels dadurch zu erhöhen, daß man an einem besonderen Wagen einen damit zusammenarbeitenden Speicher anbringt. Die Dampfzylinder der Lokomotive werden durch Dieselmotorzylinder ersetzt. Sie erhalten öl von einem Behälter, der zweckmäßig am Tender der Lokomotive angeordnet wird. Die Abgase des Dieselmotors werden dem zum Speicher abgeänderten Lokomotivkessel zugeführt. Es ist ersichtlich, daß diese abgeänderte Lokomotive in der obenerwähnten Weise arbeitet.

Die bei gewöhnlichen Dampflokomotiven vorhandene Einrichtung mit Blaserrohr, um die Rauchgase durch den Kessel mit Hilfe des Abdampfes aus den Zylindern zu ziehen, fällt natürlich weg, weil die Abgase des Dieselmotors von ihm durch den Kessel bzw. Speicher hindurchgedrückt werden. Wenn Zusatzfeuerung erforderlich ist, wie oben erwähnt ist, kann eine Dampfmenge dem Speicher direkt entnommen werden, um ein Blaserrohr zu betätigen. Gegebenenfalls kann zu diesem Zweck auch ein Ventilator angeordnet werden. Es ist ersichtlich, daß durch die obenerwähnte

Erfindung ermöglicht wird, daß der Verbrennungsmotor tatsächlich für den Lokomotivbetrieb verwendbar wird, was von großer Be- 50 deutung ist, zuerst infolge der erheblichen Ersparnis an Brennstoff, die durch die Einführung des Verbrennungsmotors als Treibmotor erreicht wird, außerdem kommen aber andere große Vorteile hinzu, von denen hier nur der- 55 jenige erwähnt werden soll, daß Rauchentwicklung und Funkenbildung ganz oder beinahe fortfallen.

Claims (5)

Patent-Ansprüche:

1. Verbrennungsmotorlokomotive, bei der Dampf zur Überwindung des Anfahrens und sonstigen Überlastungen verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf einem auf der Lokomotive angebrachten oder im Zug mitgeführten Dampfspeicher entnommen wird.

2. Verbrennungsmotor lokomotive gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase des Verbrennungsmotors in einem Abhitzekessel zur Dampferzeugung ausgenutzt werden und der erzeugte Dampf dem Speicher zugeführt wird.

3. Verbrennungsmotorlokomotive gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase des Verbrennungsmotors dem Dampfspeicher zur Verwertung zugeführt werden, wobei der Speicher mit einer besonderen Feuerung ausgestaltet sein kann.

4. Verbrennungslokomotive gemäß Anspruch ι, ζ oder 3, erhalten durch Umbau einer vorhandenen, gewöhnlichen Dampflokomotive, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Dampfzylinder Verbrennungsmotorzylinder eingebaut werden, in denen auch der Dampf zur Wirkung kommt, wenn mit Pampf gearbeitet wird.

5. Verbrennungslokomotive gemäß Anspruch i, 2,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe Vorrichtung, durch die die go Dampfzufuhr zu den Zylindern abgestellt wird, auch gleichzeitig zur Zuführung von Öl, Druckluft und Kühlwasser zum Verbrennungsmotor dient.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.