-
Flüssigkeitswechselgetriebe. Die wärmewirtschaftlichen Bestrebungen
gehen dahin, die unwirtschaftliche Arbeitserzeugung durch Verbrennung von Steinkohle
in Kesselfeuerungen durch die wirtschaftlicheren Verbrennungsmotorin zu -ersetzen.
-
Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Fällen schwierig, wo bei der
Übertragung der in den Verbrennungsmotoren .erzeugten Arbeit durch Wechsel- und
Wendegetriebe erhebliche Unterschiede der Umlaufszahlen und große Kräfte auftreten
und in denen dazu noch bei tunlich gleichbleibender Umlaufszahl der Verbrennungsmotoren
eine Regelung der Arbeitsübertragung verlangt wird.
-
Solche wärmewirtschaftlich, zugleich aber auch für die Anwendung von
Verbrennungsmotoren ungünstigen Verhältnisse liegen z. B. bei Eisenbahndampflokomotiven
vor, die an sich Kohlenverschwender, bei ihrer Arbeitsleistung sehr erhebliche Geschwindigkeitsunterschiede
(Anfahren, Fahrt in der Steigung, Fahrt in der Ebene, Fahrt in beiden Gleisrichtungen)
und große Kräfte (Anfahren" Fahrt in Steigung) aufweisen.
-
Die gleichen Verhältnisse liegen bei Triebwagen oder anderen Selbstfahrern
vor und finden sich auch sonst vielfach in Kraftbetrieben (Schiffe, -\Valzwerke
usw.).
-
Wenn im nachstehenden auf Verbrennungsmotoren als Antriebsmaschinen
und auf Eisenbahnlokomotiven als zu treibende Maschinen Bezug genommen wird, so
geschieht dies beispielsweise, ohne die Anwendbarkeit der Erfindung auf diese zu
beschränken.
-
Diese Arbeitsübertragung, Umformung und Regelung ist vielfach durch
hydraulische Wechsel- und Wendegetriebe versucht worden.
-
Bei solchen hydraulischen Getrieben fördert zum Zwecke der Arbeitsübertragung
eine Flüssigkeitspumpe einen Flüssigkeitsstrom nach einem Flüssigkeitsmotor, von
dem der Flüssigkeitsstrom wieder zu der Pumpe zurückfließt.
-
Dabei besteht die bisher übliche Regelung der Arbeitsübertragung in
der gedrosselten Ableitung des Arbeitsüberschusses von der Druckleitung nach der
Saugleitung durch die Herbeiführung eines Nebenkreislaufes der Arbeitsflüssigkeit
derart, daß ein Teil der Arbeitsflüssigkeit aus der Druckleitung gedrosselt nach
der Saugleitung abgeleitet wird, also um die Pumpe kreist, ohne durch den Motor
zu fließen.
Statt dieser Vernichtung des Arbeitsüberschusses durch
Drosselung des Nebenkreislaufes ist auch schon die Anordnung zur Anwendung gekommen,
daß der der Druckleitung entnommene Nebenkreislauf in einen Strahlapparat fließt,
der die vom Motor abfließende Flüssigkeit der Pumpe unter Druck wieder zuführt.
-
Eine solche Regelung ist aber unvollkommen, da durch einen solchen
Nebenkreislauf um die Pumpe die aus der Druckleitung abgeleitete Arbeitsflüssigkeit
durch die Saugleitung von neuem der Pumpe wieder zugeführt und dadurch ihre Leistung
wieder gesteigert wird.
-
Eine wirksame Regelung wird hierbei nur dann erreicht, wenn durch
eine ebenso wirksame Drosselung des Nebenkreislaufes die mit ihm fließende Arbeit
vernichtet wird.
-
Für große Leistungen entstehen dadurch, abgesehen von den erheblichen
Arbeitsverlusten, in der Arbeitsflüssigkeit infolge der Vernichtung der überschüssigen
Arbeit durch die Drosselung große Wärmemengen, welche die Arbeitsflüssigkeit zum
Kochen bringen, Flüssigkeitsschläge verursachen und den Bestand der Anlage gefährden
können.
-
Die bisherigen Versuche, mehrstufige Pumpen und mehrs:ufige Motoren
zu verwenden, die zum Zwecke der Regelung der Arbeitsübertragung in ihrer gegenseitigen
Schaltung stufenweise veränderlich sind, können für stoßfreien Arbeitswechsel des
obengenannten Nebenkreislaufes um die Pumpe durch Überleitung des Arbeitsüberschusses
aus der Druckleitung nach der Saugleitung nicht entbehren.
-
Das Neue besteht nun darin, daß der Flüssigkeitsnebenkreislauf von
der Niederdruckseite nach der Hochdruckseite und durch den Motor fließt und daß
die Strahlpumpe, im Treffpunkt der Hochdruckseite des Hauptkreislaufes mit dem Nebenkreislauf
eingebaut, den Nebenkreislauf von der Niederdruckseite des Motors nach der Hochdruckseite
des Motors pumpt. Dadurch wird eine Regelung des Getriebes ohne Vernichtung von
Arbeitsleistung erreicht.
-
Das neue Getriebe ist auf der Zeichnung schematisch dargestellt.
-
Das Getriebe besteht aus einer durch die Arbeit erzeugende Kraftmaschine
(z. B. eine Gas- oder Ölmaschine) angetriebenen Flüssigkeitspumpe i sowie einem
die Arbeit abgebenden Flüssigkeitsmotor 2.
-
In die Hinleitung 3, 5 der Arbeitsflüssigkeit von der Pumpe i nach
dem Motor 2 ist eine Mischdüse oder Strahlpumpe ¢ eingebaut deren Saugraum durch
die Leitung 6 mit den Rückleitungen 7, 8, 9 der Arbeitsflüssigkeit in Verbindung
steht.
-
Die Wirkungsweise der Arbeitsübertragung und Umformung besteht nun
darin, daß in der angetriebenen Pumpe i die Arbeit auf die kreislaufende Flüssigkeit
übertragen, ihr in der Ausströmungsleitung 3 etwa vorhandener Überdruck in der Mischdüse
der Strahlpumpe q. in Geschwindigkeit umgesetzt wird und die Arbeitsflüssigkeit,
untermischt mit der aus der Leitung 6 nachströmenden Flüssigkeit, nach dem Motor
2 gelangt.
-
Aus dem Motor 2 tritt die Arbeitsflüssigkeit in die Rückleitung 7
und wird von dieser teils durch die Leitung 6 nach dem Saugraum der Mischdüse q.,
teils durch die Rückleitungen 8, 9 nach der Pumpe i zurückgeleitet, Hiernach bestehen
zwei Flüssigkeitskreisläufe, und zwar der Hauptkreislauf in Richtung 1, 3, q., 5,
2, 7, ö, 11, 9, 1 und der Nebenkreislauf in Richtung ,4, 5, 2, 7, i o, 6, q.. Der
Hauptkreislauf dient der Arbeitsübertragung derart, daß die Arbeit, die dem Hauptkreislauf
in der Pumpe i zugeführt wird, der Arbeit, die der .Flüssigkeitsstrom an den Motor
2 abgibt, gleich sein muß.
-
Die mit dem Hauptkreislauf aus der Pumpe i fließende Flüssigkeitsmenge
und damit auch die durch das Getriebe übertragene Arbeit kann dadurch beeinflußt
werden, daß der Strahlquerschnitt der Düse q. durch eine Einstellvorrichtung verändert
wird.
-
Kennzeichnend für das entworfene hydraulische Getriebe ist, daß der
Nebenkreislauf von der Saugleitung 7 nach der Druckleitung 5, also um den Motor
2 kreist, ohne durch die Pumpe i zu fließen.
-
Ein solcher Nebenkreislauf von der Saugleitung nach der Druckleitung
und durch den Motor ist mit keinem Arbeitsverlust durch absichtliche Drosselung
verbunden; die in ; ihm fließende Arbeit wird absichtlich nicht vernichtet und dabei
ungünstigerweise in Wärme umgesetzt.
-
Die Einstellung des Strahles der Strahlpumpe ¢ regelt nicht nur den
Hauptflüssigkeitsstrom und die übertragene Arbeitsmenge, sondern auch das gegenseitige
Verhältnis der im Hauptkreislauf und Nebenkreislauf strömenden Flüssigkeitsmengen
und damit auch die Umformung der Arbeit.
-
Kennzeichnend für die Anordnung der Strahlpumpe ist, daß sie in der
Hochdruckleitung zwischen Pumpe und Motor eingebaut ist, der ganze Hauptkreislauf
der Flüssigkeit durch sie hindurchfließt, die Flüssigkeit aus der Niederdruckseite
des Motors nach der Hochdruckseite des Motors -pumpt und durch Einstellen des Strahlquerschnittes
der Haupt- und Nebenkreislauf der Arbeitsflüssigkeit geregelt wird.
-
In die Verbindungsleitung 6 der Rückleitung 7 mit dein Saugraum der
Mischdüse 4
kann ein Drosselglied io und in die Rückleitung 8, 9
nach der Pumpe i ein ebensolches Drosselglied i i eingebaut werden. Beide Drosselglieder
io und i i können zwang- und gegenläufig miteinander verbunden werden, sie können
auch zu einem Glied, welches in die Leitungen 6 und 8 verlegt wird, vereinigt werden.
-
Die Drosselglieder io und i i dienen dazu, die Leistung der Pumpe
i zu beeinflussen und die an sich selbsttätige Arbeitsumformung zu unterstützen
oder abzuschwächen.
-
Sowohl die Pumpe i als auch der Motor 2 können mehrstufig sein, oder
es können mehr -re Pumpen oder Motoren nebeneinander- oder hintereinandergeschaltet
werden.
-
Bei mehrstufigem Motor 2 kann die zur Strahlpumpe 4. führende Leitung
6 an eine mittlere Stufe des Motors angeschlossen werden, -so daß der Nebenkreislauf
nicht alle Stufen des Motors durchläuft.
-
Das Getriebe kann auch unter einem den äußeren atmosphärischen Druck
übersteigenden Überdruck stehen, um zu verhindern, daß in den Leitungen Unterdrucke
entstehen, die das Einsaugen von atmosphärischer Luft durch etwaige Undichtigkeiten
begünstigen, daß auch bei-Erwärmung der Arbeitsflüssigkeit ein Verdampfen mit seinen
Folgen mit Sicherheit vermieden und so die Verwendung von Flüssigkeiten mit hohem
Verdampfungsdruck gestattet wird.
-
Mit einem solchen Überdruck kann auch ermöglicht werden, in der Pumpe
und dem Motor erhöhte Beschleunigungen des Flüssigkeitsstromes anzuwenden, ohne
ein Abreißen des Flüssigkeitsstromes befürchten zu müssen. Auch können durch die
so ermöglichte Erhöhung der Beschleunigungen die Pumpe und der Motor in kleinerer
Baugröße gehalten werden. Die Anwendung von Pumpen oder Turbinen Kaplanscher Bauart
wird begünstigt.
-
Das Getriebe kann für jede Pumpen- oder Motorart Verwendung finden.
-
Besonders vorteilhaft ist die Anwendung des beschriebenen Getriebes,
wenn als Pumpe i eine Schleuderpumpe und als Motor 2 eine Turbine gewählt wird,
weil dann die Arbeit auf die Flüssigkeitskreisläufe im wesentlichen als Bewegungsenergie
übertragen werden kann, die Arbeitsflüssigkeit also mit hoher Geschwindigkeit kreist
und hierdurch um so kleinere Querschnitte für die Pumpe, den Motor und die Leitungen
beansprucht.
-
Durch die Anwendung der hohen Geschwindigkeiten wird auch die Verwendung
von Flüssigkeitsmischungen ermöglicht, die sich, sei es wegen verschiedenen spezifischen
Gewichts, sei es aus anderen Gründen, sonst in ihre Bestandteile trennen.
-
Aus dem gleichen Grunde wird auch die Gefahr von Flüssigkeitsschlägen
infolge von Luftinhalt auf ein Mindestmaß vermindert, weil durch diese starke Strömung
der etwaige Luftinhalt der Flüssigkeit in einer äußerst fein verteilten Form sich
befindet.
-
Das beschriebene Getriebe kann sowohl mit Flüssigkeiten als hydraulisches
Getriebe als auch mit Luft oder Gas als pneumatisches Getriebe arbeiten.
-
Ohne die Anwendungsmöglichkeiten des Getriebes zu beschränken, soll
auf seine Anwendung zum Antrieb von Selbstfahrern, insbesondere Eisenbahnlokomotiven,
hingewiesen werden.
-
Diese Lokomotiven sind dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeit durch
eine Öl- oder Gasmaschine, einen Elektromotor o. dgl. erzeugt und unter Anwendung
des Getriebes auf die Treibachsen übertragen wird.
-
Die Regelung dieser Lokomotiven erfolgt mittels der beschriebenen
Regelung der Arbeitsübertragung durch Einstellung der Düse a, zutreffendenfalls
auch durch die beiden Drosselglieder io und i i, ihre Umsteuerung durch Anwendung
je einer Arbeitsturbine für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt oder eine Turbine für Rechts-
und Linksdrehung.