DE396299C - Lokomotive mit hydraulischer UEbersetzung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN
AM 6. JUNI 1924

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

- JVr 396299 KLASSE 20 b GRUPPE

(O 12473 IIJ2ob)

Patentiert im Deutschen Reiche vom 4. August 1921 ab.

Gegenstand der Erfindung ist eine Lokomotive unter Verwendung eines hydraulischen Getriebeis. ·

Es ist bereits öfters, vorgeschlagen worden, zum Zwecke des Lokomotivantriebes Kraftmaschinen anzuwenden, die eine höhere Wirtschaftlichkeit als die Kolbenidampfmaschinen aufweisen. Bekanntlich halben aber die bisher bekannten Kraftmaschinen (Verbrennungsmotoren, Dampfturbinen), die hier in Frage kommen können, die Eigenschaft, daß sie selbsttätig überhaupt nicht oder nur mit geringem Antriebsmoment anfahren können und die ihnen zum Vorteile fallende bessere Wirt- --schaftlichkeit nur bei einer engbsgrenzten Drehgeschwinidigkeit aufweisen, mithin zum unmittelbaren Antrieb der Lokomotivtriebwelle ungeeignet- sind.

Die Lösiing der hier gestellten ,Aufgabe beruht daher auf der. Schaffung eines geeigneten Getriebes, das die Möglichkeit bietet, diie Lokomotivtriebacnse mit der unabhängig an-

laßbaren Motorenachse stoßfrei zu verkuppeln und sie durch die mit unveränderter Geschwindigkeit laufende Motorenachse mit beliebig regelbarer Geschwindigkeit anizutreiben. Das auf diesem Gebiete bekannte Lentz-Getriebe löst zwar die gestellte Aufgabe insofern, als es das unabhängige Anlassen der Antriebsmotoren und das stoßfreie Verkuppeln derselben mit der Lokomotivtriebwelle ermöglicht, die Geschwiindigkeitsragielung |der Lokomotivtriebwelle aber nur stufenweise ermöglicht. Der größte Nachteil dieses Getriebes besteht allerdings darin, daß die Übersetzung für jede Regiu'liemngsstufe eine durch diese Stufe .bestimmte, von der Triebwellenbelastung unabhängige Zahl ist. Hieraus folgt, daß, falls der Antriebsmotor keine -Änderung der Geschwindigkeit erträgt (wie dies z. B. die Eigenart der synchronen Elektromotoren ist), die Lokomotive selbst ihre Geschwindigkeit unabhängig vom Bahrnwiderstaind beizubehalten trachten wird. Dieser Umstand macht entweder eine starke Überdimensionierung des Antriebsmotors oder eine ständige Kontrolle des B ahn Widerstandes und ein entsprechendes Umschalten auf die geeignete Regulierungsstufe notwendig.

■Das gemäß der Erfindung verwendete Getriebe ist gegenüber den früheren hydraulaschen Getrieben dadurch ausgezeichnet, 'daß es eine dampftnaschinenähnliche Antriebscharakteristik aufweist. Diese eigenartige Antriebscharakteristik weist das Merkmal auf, daß die Geschwindigkeit der Arbeitswelle bei steigender Belastung (Widerstand) der Arbeitswelle abnimmt, obzwar die Geschwindigkeit des Antriebsmotors unverändert gablieben ist. Hieraus folgt, daß man mit diesem Getriebe ibei sehr geringer Belastung des Antriebsmotons mit sehr großem Antriebsmament anfahren kann; das Antriebsmoment nimmt dann bei steigender Geschwindigkeit ohne fremdes Hinzutun selbsttätig ab. Dadurch ist die Möglichkeit geboten, durch einen Lokomotivtyp den äußersten Anforderungen der Berg- und Flachlandbahn zu entsprechen.

Außer dieser Nachgiebigkeit besteht der Vorteil des vorgeschlagenen Getriebes darin, daß die Geschwindigkeit nicht nur stufenweise, sondern beliebig (kontinuierlich) regelbar ist, ttnd zwar einfach dadurch, daß die Verhältniszahl, die zwischen dem aktiven Sendenhitb" und dem Rauminhalte der Flüssig-. keit besteht, verändert wird.

Diese Eigenart des vorgeschlagenen Getriebes beruht auf dem Umstände, daß dies im Gegensatze zu den bisher vorgeschlagenen Lokomotivantrieben nicht durch den ständigen Kreislauf einer Flüssigkeit zwischen einer Generatorpumpe und als deren Umkehrung wirkenden hydraulischen Motors wirkt, sondern durch eine hin und her gehende schubstangenartige Bewegung der treibenden Flüssigkeitssäulen. Bei solchen Getrieben tritt die Korn- pressibilität der Flüssigkeit bei höherer Belastung dadurch in Erscheinung, daß die im Aribeitssinne vorgeschobene Flüssigkeitssäule beim Arbeitshube zusammengedrückt wird, wodurch der Hub des Empfängerkolbens und somit die Geschwindigkeit der Arbeitswelle ' abnimmt.

Der ErfinduMgSigegenstand soll insbesondere das Prinzip, wonach die Leistung einer schwingenden Kraftwelle, wie sie der Kolben eines Verbrennungsmotors darstellt, am zweckmäßigsten durch schwingende Flüssigkeitssäulen weitergeleitet und erst an der Stelle der zu erzielenden Drehbewegung in eine solche umgewandelt wird, zur praktischen Anwendung bringen.

Eine besonders geeignete Form des Verbrennungsmotors, dessen Leistung durch schwingende Flüssigkeitssätüen weitergeleitet wird, ist beispielsweise in der Zeichnung dargestellt.

Es zeigen Abb. 1 einen Schnitt nach A-B in Abb. 2, Abb. 2 und 2a die Gesamtanordnunig im teilweisen Schnitt von der Seite, Abb. 3 einen Schnitt nach C-D in Abb. 2, Abb. 4 einen Schnitt von oben, Abb. 5 und 6 schematische Darstellunigen.

Beim Ausführungsbeispiel besteht der Motor (vgl. Abb. 1) aus zwei Kolbensystemen K und K', deren Kolbenstangen 1,1' durch die Geradeführung (Kreuzkopf) 11, 11', Geienk 2, 2' und durch die an der gemeinsamen Welle 3 befestigte Schwinge 4 in der Weise verkuppelt sind, daß 'die Systeme K und K' immer nur gleiche und entgegengesetzte Bewegiungen ausführen können. Diese Bewegungen werden 'dann in Flüssigkeitsbewegungen in der einfachsten Weise durch die tauchkolbenartigen Verlängerungen 5, 5' der Kolbenstangen i, 1' dadurch umgesetzt, daß diese Verlängerungen 5, 5' wechselweise in die Zylindersysteme 6, 6' eintauchen, wobei die Systeme 6,6' untereinander sowie mit den Schwingungsmotoren 60, 60' im Sinne der Abb. S, 6 verbunden sind. ' no

Die Kolben 50, 50' der Schwingungsmotoren werden seitens der Generatorkolben 6, 5' durch die in den Leitungen J, 7' befindlichen Flüssiigkeitssäulen angetrieben. Für den Ersatz der in y,y' infolge Undichtigkeiten in Verlust geratenden Flussigkeitsmengen wird gesorgt. Die Regelung der Übersetzung erfolgt durch die Änderung des Anfangsluftdrucks in den Zylindern 8, 8', deren Luftkolben 9, 9' unmittelbar von den Pufferkolben 10, 10' getragen werden. Zu diesem Zwecke können die Zylinder 8, 8' durch einen Wechsel-

bahn oder ein Reduktionsventil 12, 12' -wechselweise mit der Luftleitung 13, 13' oder bei τ 4, 14' mit dem Freien verbunden wenden.
Da die periodische Temperaturschwankung

J-2

P¹

im Zylinderraiume8 nur vom Werte der Druck-Schwankungen abhängt, wird man, um den guten Wirkungsgrad der Kräfteübertragung bei verschiedenen Übersetzungsverhältnissen sicherzustellen, den Zylinderraum 8 so bemessen, daß. die Verhältniszahl der Druck-

zunähme -^- auch bei den größten Ausschlägen des Reglerkolbens 10 nie etwa über 3 steigt. In dem Falle wird, wie eine.einfache Berechnung zeigt, die Tamperaturschwankung im Reglerzylinder 8 nie die. Grenzen von etwa ioo° C überschreiten und demnach'auch nicht einen allzu großen Energieverlust durch abgeleitete Wärme verursachen.

Benutzt man deuher zw.eckmäß.igefweise zur Regelung· der Zugleistung die Druckluftanlage, der Luftbremee, deren Betriebsdruck üblicherweise 6 Atm. beträgt, so müssen die Kolbenflächen -der Luftkolben 9 so- bemessen werden, daß 'das-Produkt dieser Kolbenflächen mit dem aits dem Höchstwerte der Druckschwankungen von 6 bis 18 Atm. sich ergabenden mittleren indizierten Drücke am" Lokomotivtriebradumfange die Höchstzugkraft ergibt.

Bewegt sich das Kolbensystemi? im Pfeilsinne (Abb. 5), so wird der Leitungsstrang 7 belastet, dementsprechend 7' entlastet; der Flüssigkeitsdruck pflanzt sich demgemäß durch die Reglierleitung 15 zum Motor.60 fort und verkuppelt durch Reibung den Schwitighebel des Kolbens 50 mit der Motorenwelle 16, wogegen.der auf der gemeinsamen Welle ■16 arbeitende Motor 60' entkuppelt wird. Der ebenfalls im Pfeilsinne bewegte Kolben 50 wird somit die Welle 16 im Uhrzeigersinne antreiben und zugleich durch die Verdrängung der im U-förmigen Verfoinriungsrohr 17 befindlichen Flüssigkeit den Kolben 50' entsprechend der gleichen und entgegengesetzten Bewegung des Kolbensystems K' im Pfeilsinne frei zurückschieben. Beim nächstfolgenden Takte wird dagegen der Motor 60' im !gleichen Sinne wie vorerst der Motor 60 angetrieben, dagegen der Motorkolben 50 gemäß der Aufwärtsibewegung des Systems K frei entgegengesetzt dem Pfeilsinne zurückgeschoben. Die gleiche Füllung im Verhindungsrohr 17 wird durch das Rückschlagventil 18 und Flüssiigkeitszufeitung 19 durch einen gleichmäßigen Überdruck aufrechterhalten.

Die Rückbewegung des freien Kolbens durch die Antriebe des arbeitenden Kolbens kann auch im Sinne der Abb. 6 dadurch geschehen, daß man die Kolben 50 und 50' mit-einer Gelenkkinematik 2, 4, 2', deren Armeverhältnisse die gleichen wie diejenigen der die Kolbensysteme ÜC und K' verbindenden sind, untereinander verkuppelt.

Die Umkehrung der an der Welle 16 erzielten Drehbewegung erfolgt durch die Vertauschung der" Leitungen 15 und 15'.

Man ersieht aus dieser Beschreibung, daß jetzt die Kolben K und K' samt ihren anschließenden* Kraftübertragungsorganen ein Schwingungssystem bilden, dessen Schwingungszahl und Schwingungsausschlag so abgestimmt werden müssen, daß. sich der Schwingungsverlauf dem physikalischen Zeitmaß der vollkommenen motorischen Verbrennung und dem durch die notwendigen Kompressionen bestimmten Kolbenhub anpaßt.

Um somit Schwingungen mit bestimmter Frequenz und Ausschlag zu erhalten, wird an der Welle 3 eine Schwungscheibe 20 angebracht.

Das Trägheitsmoment dieser Scheibe wird so bemessen, daß die Scheibe die Schwingungen des Kolbensystems K und K' im Leerlauf bei normaler Schwingungszahl mit gleichbleibendem Kolbenhub erhält.

Schwankungen der Belastung sowie Ungleichförmigkeiten der Brennstoffzufuhr wür- _go den bei diesem System Änderungen· im Schwingungsverlauf (Zu- und Abnahme des Kolbenhubs sowie der Schwingungszahl) zur Folge haben, die schädliche Störungen im motorischen Verbrennungsgang verursachen gs würden.

Man muß für diesen Fall die Schwingungen des Systems K und K' korrigieren, und zwar erreicht man dies am zweckmäßigsten, indem man die Schwungscheibe 20 durch die Kurbelstange 21 mit der Hilf sschwungscheibe 22 zwangläufig .in der Weise verbindet, daß diese die schwingende Bewegung der Scheibe 20 in eine drehende Bewegung der Scheibe 22 umsetzt. Durch diese kinematische Verbindung wird die Schwingungssymmetrie des Systems K, K' sichergestellt; selbst die synchrone Drehbewegung der .Scheibe 22 kann dann zum Antrieb der Ventilsteuerung der Brennstoffzufuhr für die Verbrennungskraftmaschine nach der allgemein bekannten Art benutzt werden.

Die bemerkenswerten Vorteile dieser Anordnung sind die unmittelbare Übertragung der Zylinderleistungen von den Systemen K ₁₁g und K' auf die schwingende Flüssigkeitssäule, Fortfall der teuren gekröpften Motorenwelle, eine erhebliche Verringerung der seitlichen Kolbenbelastungen und demnach eine Verbesserung des mechanischen Wirkungsgrades _1Z0 der Wärmekraftmaschine. Die übriggebliebene einzige Kurbelstange 21 nimmt im

Sinne dieses Wirkungsprinzips nur einen geringen Teil der gesamten motorischen Leistung auf.

Der geeignetste Typ der nach diesem Kräfteübertragungsprinzip wirkendeniWärmekraftmaschine ist der Zweitaktmotor, da hier auf jeden Kolbenhub eine Kraftentfaltung und unmittelbare Weiterleitung der Kraft durch die Flüssigkeitssäule ohne Übermittelung durch die Kinematik 2 und 4 erfolgt, die hingegen beim Viertakt die halbe Nutzleistung auf die Kolbenstange des Saugtaktzylinders zu übertragen hat.

Dementsprechend wurden zum Antrieb der in den Abb. 1 bis 3 dargestellten Lokomotive Zweitaktrohölmotoren vorgesehen.

Es ergibt sich aus Abb. 1, daß der Oberteil des Motors einen normalen Zweitaktdieselmotor darstellt mit gesteuertem Einlaßventil 23, Zerstäubevorrichtung 24 und schlitzförmigem Auspuff 25. Die Auspuffgase werden im Gehäusekanal 26 gesammelt und durch das Auspuffrohr 27 (Abb. 2a), den Vorwärmer 28, Rohrleitung 29 und Kamin 30 ins Freie geführt.

Da die Kolbenstangen 1, 1' gerade geführt werden und keine Seitenbewegung haben, kann die untere, durch das Schutzblech 31 abgedeckte Fläche des Kolbens K zweckmäßig als Kolben für die Spülluftpumpe ausgebildet werden. Das Kolbensystem K verdichtet somit bei jedem Arbeitshub die Spülluft im Aufnehmer 32 (Abb. 1), woher sie durch das Sammelrohr 33 durch den, Vorwärmer zum Vorratskessel 34 und von hier zum Einlaßventil 23 gelangt.

Das abnehmbare Zylindergehäuse des Motors sitzt samt dem Ventilgehäuse 35 des Kompressors an dem gehäuseförmigen. Unteren teil 36. Dieser Unterteil 36 ist ein geschlossenes Gußstück, gegen Staub und Beschmutzung abgedichtet, und bildet zugleich ein Sammelbecken für die infolge Dichtungsverluste aus den Generatorzylindern 6, 6' austretende Flüssigkeit. Der Unterteil 36 wird zwischen iden Lokomotivrahmen eingebaut, und zwar am zweckmäßigsten symmetrisch zwischen je zwei Triebradac'hsen, wo sie gleichzeitig zur Versteifung des Rahmens beitragen und als Träger der Federschwinger 37, 37' ausgebildet werden. Durch diese Anordnung erzielt man, daß die Hauptmassen in die Lokomotivmitte fallen und daselbst gut abgefedert werden können.

Der Oberteil des Motors sowie des Zugkraftreglers 9 samt deren Steuerungsorganen ist der Bedienungsmannschaft vollständig zugänglich, die oben im Führerstand 38 (siehe Abb. 3) einen vollkommenen Rundblick aus der Maschine und Bewegungsfreiheit um die Maschinenanlage erhält.

■ Die- Generatorenzylinder 6,6' sowie die Leitungen 7, 7' und ihre Anschlüsse werden zweckmäßig im Unterteil 36 eingegossen. Die Leitungen 7, 7' haben zu den Schwingungsmotoren einen unmittelbaren Anschluß 39 (Abb. 2a) und je eine Abzweigung zu den Reglerzyiindern 8, 8', die nach erlangter Geschwindigkeit durch den Kreisschieber 40 ab₇ sperrbar sind.

Um zu vermeiden, daß die Beschleunigungskräfte des Schwingungsmotors auf den Lokomotivrahmen einen störenden Einfluß ausüben, werden je zwei Schwingungsgruppen (d. h. je zwei Schwingungsmotoren) durch eine hydraulische Kreuzleitung 70 (Abb. 4) oder Gelenkkinematik paarweise derart verkuppelt, daß je ein Gruppenpaar entgegengesetzte und gleiche Schwingungen ausübt. Der in der Abb. 2a verdeckte Motor übt daher mit dem im Schnitt gezeichneten Motor entgegengesetzte gekuppelte Schwingungen aus. Je ein Schwingungsmotor treibt im Sinne der Abb. 5 ein Schwingungsmotorpaar 60, 60', die je auf einer im Lokomotivrähmen gelagerten Blindwelle 16 (Abb. 2a) arbeiten. Die Drehbewegung der 'Blindwellen 16,16' wird durch Kurbel und Schubstange im Sinne der Abb. 2 und 4 auf die Triebräder übertragen. Die die Membrankupplung des Schwingungsmotors 60 beeinflussende Steuerflüssigkeitsleitung (s. Leitung 15, 15' der Abb. 5) wird nach Abb. 4 durch den zentrischen Zapfen 160 der gekröpften Kurbelwelle 16, 16' durch entsprechende, nicht besonders gezeichnete Bohrungen zugeführt.

Die exhaustorartige Saugwirkung der Auspuffkamdne 30 kann zur Unterstützung des durch die Eigengeschwindigkeit ent- ■ standenen Luftzuges für die Bedienung der an der vorderen und hinteren Lokomotivstirn angebrachten Kühler 41 benutzt wird. Für diesen Zweck wird hinter dem Kühler ein rauchkammerförmiger Kasten eingebaut, in welchen die Kühlerluftröhrchen münden.

Um gleichzeitig auch den rückwärtigen Kühler benutzen zu können, werden an den Auspuffdüsen 42 verstellbare Drosselklappen angeordnet. · Am hinteren Kühler steht die Drosselklappe in der Sperrlage, dagegen werden an der Hinterwand des Kühlerkastens nicht gezeichnete Klappen geöffnet, so daß der durch die Eigengeschwindigkeit erzeugte Luftzug den hinteren Kühler frei durchströmen kann.

Der -frei bleibende Zwischenraum des Loko-' motivrahmens 43 kann vorn und hinten zweckmäßig als Brennstoffbehälter ausgebildet werden, welche Anordnung eine leichte Zugänglichkeit des Einfüllstutzens 44 ermöglicht.

Claims (11)

1. Patent-Ansprüche:

   ι. Lokomotive mit hydraulischer Übersetzung, gekennzeichnet dadurch, daß zu ihrem Antrieb ein nicht selbsttätig oder nur mit geringem Antriebsmoment anfahrbarer Motor verwendet wird, dessen Arbeitsleistung auf die Lokomotivtriebachse durch eine hydraulische Einrichtung mit dampfmaschinenartiger Zugkraftcharakteristik übertragen wird.
2. 2. Lokomotive nach' Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzleistung des zum Antriebe der Lokomotive 'dienenden Motors auf die Lokomotivtriebwelle durch eine mit der Kompressibilität der Flüssigkeit wirkende hydraulische Einrichtung in der Weise übertragen wird, daß die Geschwindigkeit der Triebwelle einerseits sich der Belastung nachgiebig anpaßt und anderseits durch die Änderung der Verhältniswahl, die zwischen dem aktiven Senderhubvolumen und dem Gesamtrauminhalt der Flüssigkeit besteht, geregelt werden kann.
3. 3. Lokomotive nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine besondere Ausführungsform des zum Antrieb dienenden Wärmemotors und Oszillationsgetriebes, wobei die geradegeführten' freien Enden der Wärmemotorenkolbenstangen als Tauchkolben zur Erzeugung der die Arbeit übertragenden Flüssigkeitsschwingungen dienen.
4. 4. Lokomotive nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Schwingungserregerkolben in paarweise angeordneten Gruppen durch eine geeignete Kinematik in der Weise verkuppelt sind, daß sie nur gleiche und entgegengesetzte Schwingungen ausüben können, wobei jede im gleichen Sinne bewegte Gruppe durch einen gemeinsamen Rohrstrang zum Antrieb "je eines Empfängerkolbens dient, dessen Bewegung zugleich zum Rückschub des entgegengesetzt bewegten zugeordneten Empfängerkolbens dient.
5. 5. Lokomotive nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Rückschub des freien Empfängerkolbens durch Flüssigkeitsdruck in der Weise vorgenommen wird, daß die den entgegengesetzt gekuppelten Gruppen zugeordneten Empfängerkolben mit ihrer Rückseite in ein gemeinsames, nach außen abgeschlossenes und mit Flüssigkeit gefülltes Gefäß tauchen, welches durch ein Rückschlagventil unter ständigem Überdruck nachgefüllt werden kann.
6. 6. Lokomotive nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Rüclischub des freien Empfängerkolbens durch den Kolben des angetriebenen Empfängers durch eine Kinematik geschieht, deren Armverhältnisse die gleichen sind wie diejenigen, durch welche die entgegengesetzt bewegten Erregergruppen verkuppelt sind.
7. 7. Lokomotive nach Anspruch 1; bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die zur Regelung der Flüssigkeitsschwingungen dienenden Kolben unmittelbar durch je einen Luftkolben größeren Durchmessers belastet sind, wobei selbst die Regelung der Kraftübertragung durch die Änderung der Vorspannung der durch den Luftkolben im Verlauf des Reglerhubes zu komprimierenden Luft erfolgt.
8. 8. Lokomotive nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine besondere An-Ordnung zweier Schwingungssysteme, deren Schwingungsbeschleunigungen gegenseitig in der Weise behoben werden, daß diese Systeme durch eine "hydraulische oder kinematische Verbindung in der Weise verkuppelt werden, daß sie nur gleiche und entgegengesetzte Schwingungen ausüben können.
9. 9. Lokomotive nach Anspruch r und 2, gekennzeichnet durch eine gegen die bei-

   . den (Vor- und Rückwärts-) Gangrichtungen S3anmetrische Anordnung der schwingenden Gruppen, wobei die Schwingungs- ■ achsen der Erregergruppen in die Gangrichtung fallen und zum Ausgleich der um die Lokomotivlängsachse drehenden Schwingungsbeschleunigungen durch geeignete* Verkuppelung gleiche und entgegengesetzte Schwingungen ausüben.
10. 10. Lokomotive nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine besondere Ausführungsform des Schwingungsmotors, wobei die Erregerkolben in in die von außen abgeschlossenen Gehäuse eingegossene Zylinder tauchen.
11. 11. Lokomotive nach Anspruch 4 und 9, gekennzeichnet dadurch, daß je ein Schwingungsmotor in stehender Form zwischen je zwei Lokomotivtriebradachsen in der Weise angeordnet ist, daß das zwi- n₀ sehen dem Lokomotivrahmen eingebaute Motorgehäuse gleichzeitig zur Versteifung des Lokomotivrahmens und als Halter des die zwei benachbarten Rahmenfedern gelenkig verbindenden Schwinghebeis dient. ' ■ .

    Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.