DE578494C - Elektrische Lokomotive mit Haupt- und Hilfsmotoren - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
14. JUNI 1933

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

,KLASSE 201 GRUPPE 2102

Locomotive Booster Company in New York, V. St. A. Elektrische Lokomotive mit Haupt' und Hilfsmotoren

Patentiert im Deutschen Reiche vom 13. Dezember 1929 ab

ist in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft elektrische Lokomotiven mit Haupt- und Hilfsmotoren.

Es ist bereits bekannt, die Hilfsmotoren in Abhängigkeit von der Stromaufnahme der Hauptmotoren selbsttätig ein- und auszuschalten. Fernerhin wurde schon bei Lokomotiven mit Dampfmotor als Hilfsmotor vorgeschlagen, ein auskuppelbares Zwischengetriebe zwischen die anzutreibende Radachse und den Hilfsmotor zu schalten. Hierbei wurde das Ein- und Ausrücken des Zwischengetriebes auf mechanischem Wege mittels einer Druckflüssigkeitsvorrichtung vorgenommen.

Erfindungsgemäß geschieht mit Hilfe einer vorzugsweise elektrischen Steuerung die mechanische Kupplung und Entkuppelung der Hilfsmotoren mit den Radachsen des Drehgestells. Demgemäß werden die Hilfsmotoren nicht unmittelbar auf den Radachsen angeordnet, da in einem solchen Falle die Führungseigenschaften sowie leichte Wendigkeit der Drehgestelle durch die mit den Radachsen immer umlaufenden und daher wie ein Kreisel wirkenden Anker der Hilfsmotoren stark beeinträchtigt werden würde. Durch die erfindungsgemäße Anordnung ist dieser Nachteil beseitigt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.

Fig. ι ist ein Seitenaufriß einer elektrischen Lokomotive.

Fig. 2 ist ein Grundriß eines Drehgestells der Lokomotive mit Hilfsmotor.

Fig. 3 ist eine teilweise geschnittene Halbansicht ähnlich wie Fig. 2.

Fig. 4 ist ein teilweiser Seitenaufriß und vertikaler Längsschnitt durch die Anordnung der Fig. 3.

Fig. 5 ist ein Schaltschema einer Steuerung.

Nach den Zeichnungen besitzt die elektrische Lokomotive 5 vier Haupttriebachsen mit den Haupttriebrädern 6, 7, 8 und 9, wobei die Achse jedes solchen Räderpaares mit den üblichen Hauptantriebsmotoren 10, 11, 12 und 13 versehen ist.

An jedem Ende der Lokomotive ist ein Drehgestell 14 mit zwei Achsen 15 vorhanden. Ein Motor 16 kann die innere Achse des einen Drehgestells 14 und ein Motor 17 die innere Achse des andern Drehgestells 14 antreiben.

Fig. 3 und 4 zeigen nur die linke Hilfsmotordrehgestellkonstruktion, und in der folgenden Beschreibung wird besonders auf die-

ses linke Drehgestell Bezug· genommen, aber das rechte Drehgestell ist selbstverständlich im wesentlichen dem linken gleich, außer daß der Motor 17 und alle zu ihm gehörenden Teile umgekehrt angeordnet sind.

In Fig. ι sind die Räder 18 der Drehgestelle 14 im Durchmesser kleiner als die Triebräder der Lokomotive. Der Motor 16 kann die innere Achse 15 seines Drehgestells mittels des Antriebsritzels 19, der Zwischenräder 20, 21 und des Achsenzahnrades 22 antreiben. Das Achszahnrad 22 sitzt natürlich auf der Achse 15 fest, und das Antriebsritzel ig ist auf den Querwellenschaft 23 aufgesetzt, der vom Motor 16 über die biegsame Verbindung 24, Triebwelle 25 und Kegelradgetriebe 26, 27 angetrieben wird. Diese besondere Verbindungsform zwischen Motor 16 und Antriebsritzel 19 ist jedoch nicht wesentlich, da auch jede andere Anordnung angenommen werden oder der Motor 16 unmittelbar das Ritzel 19 antreiben kann.

Die Zwischenräder 20, 21 sind auf einem Schwingglied 28 befestigt, das um die Welle 23 schwingbar ist. Das Zahnrad 20 ist immer im Eingriff mit dem Antriebsritzel 19 und das Zahnrad 21 immer im Eingriff mit dem Zahnrad 20. In unwirksamer Lage sind beide Zahnräder 20, 2 χ außer Eingriff mit dem Achszahnrad 22 (Fig. 4),

Falls der Motor 16 (und auch der Motor 17) für nur eine Drehrichtung entworfen ist, wird die Achse 15 in einer Richtung gedreht, wenn das Zahnrad 20 mit dem Zahnrad 22 kämmt, und in umgekehrter Richtung, wenn das Zahnrad 21 mit dem Zahnrad 22 kämmt. Der Eingriff der Zahnräder 20 und 21 wird mittels einer durch eine Druckflüssigkeit betätigten Motorvorrichtung 29 hergestellt, in der ein Kolben 30 hin und her geht, der mittels der Stange 31, Auge 32 und Stift 33 mit dem Schwingglied 28 in Verbindung steht (Fig. 4).

Wenn Druck auf die obere Seite des KoI-bens 30 ausgeübt wird, wird das Schwingglied 28 entgegen dem Uhrzeigersinne gedreht und das Zahnrad 21 in Eingriff mit dem Zahnrad 22 gerückt; wenn aber Druck auf die untere Seite des Kolbens 30 ausgeübt wird, wird das Schwingglied 28 im Uhrzeigersinne geschwungen und das Zahnrad 20 in Eingriff mit dem Zahnrad 22 gerückt. Im letzteren Falle ist das Zahnrad 21 so angeordnet, daß es nicht mit dem Antriebsritzel 19 kämmt. Die Motoren 16 und 17 werden am Rahmen der Drehgestelle 14 mittels des Trägers oder U-Eisens 34, der herabhängenden Hebel 35 und der Querstange 36 getragen.

In Fig. 5 ist ersichtlich, daß die Druckflüssigkeit zur Betätigung des Kolbens 30 der Motorvorrichtung 29 durch das Rohr 37 von dem (nicht dargestellten) Luftbehälter oder irgendeiner anderen' Druckflüssigkeitsquelle her eintritt. Das Rohr 37 teilt sich in zwei Äste 38 und 39; der Ast 38 führt zur oberen Seite des Kolbens 30 und der Ast 39 zur unteren Seite. Wesentlich in der Mitte des Zylinders, in dem der Kolben 30 hin und her geht, befindet sich ein Luftaustrittsrohr 40, das zur Vorderseite des Kolbens 41 im Zylinder 42 führt. Der Kolben 41 dient dazu, den Schalter 43 zur Schließung des Stromkreises zwischen den Kontakten 44 und 45 zu bewegen.

Der Fluß der Druckflüssigkeit durch die Rohre 38 und 39 wird mittels einer elektrisch gesteuerten Ventilvorrichtung 46 geregelt. Wenn die Ventilvorrichtung 46 nach links bewegt wird, wird das Ventil 47 geschlossen und die Verbindung zwischen Rohr 37 und 38 unterbrochen. Bei dieser Stellung kann der Druck oberhalb des Kolbens 30 durch Rohr 38 austreten, gelangt dann hinter das Ventil 48 der Ventilvorrichtung 46 und durch den Austrittskanal 49 heraus.

Das Ventil 47 wird gewöhnlich in geschlossener Lage entweder durch den Druck der Flüssigkeit oder mittels nicht gezeichneter Federvorrichtungen gehalten.

Um das Ventil 47 zu öffnen und Ventil 48 go zu schließen, muß die Ventilvorrichtung 46 nach rechts bewegt werden, was elektrisch mittels des Solenoids 50 ausgeführt wird, dessen Kern S1 mit der Ventilvorrichtung 46 verbunden ist. Wenn Strom dem Solenoid 50 zugeführt wird, bewegt sich der Kern 51 nach rechts, schließt das Ventil 48 und öffnet Ventil 47, wodurch die Druckflüssigkeit vom Rohr 37 nach Rohr 38 strömt, das zur oberen Seite des Kolbens 30 führt. Hierdurch wird das Zahnrad 21 mit dem Achszahnrad 22 in Eingriff gebracht.

Ein genau gleicher Ventil- und Solenoidmechanismus 46 bis 51 ist für die Steuerung des Zweigrohres 39 vorhanden, das zur unteren Seite des Kolbens 30 führt. Wenn dieser andere Mechanismus· in Tätigkeit kommt, wird der Kolben 30 aufwärts bewegt, und das Zahnrad 20 wird mit dem Zahnrad 22 in Eingriff gebracht, um die Achse 15 in der ande- no ren Richtung anzutreiben.

Der Strom zur Betätigung der Solenoide tritt durch die Leitungen 52 und 53 ein, wobei die Leitung 52 von dem Hauptschalter z. B. für Rückwärtsfahrt der Lokomotive kommt und die Leitung 53 von dem Hauptschalter für Vorwärtsfahrt der Lokomotive. Der Stromkreis durch die Leitung 52 ist gewöhnlich durch den Solenoidschalter 54 unterbrochen und der Stromkreis durch die Leitung durch den Solenoidschalter 55. Die Solenoide 54 und 55 werden durch

einen Relaisstromkreis 56 erregt, der in die Hauptleitung 57 abzweigt, die vom Hauptschalter zu den Hilfsmotoren 16 und 17 führt. Wenn also die Hilfsmotoren in Tätigkeit gesetzt werden, werden auch die Stromkreise für die Solenoidschalter 54 und 55 geschlossen, so daß auch die Leitungen 52 und 53 geschlossen sind.

Ein Handschalter 58 und ein zweiter Handschalter 59 ist in den Stromkreisen 52 für Rückwärtsfahrt bzw. 53 für Vorwärtsfahrt vorhanden, mittels deren der Führer bestimmt, ob die Hilfsmotoren mit den Achsen gekuppelt werden oder nicht und ob einer oder beide Motoren im Falle der Kupplung benutzt werden.

Wenn z. B. der Schalter 58 so verstellt Avird, daß der Kontakt 60 den Stromkreis durch Kontakt 61 schließt, dann wird nur der Hilfsmotor 17 am rechten Ende der Lokomotive eingekuppelt. Wenn aber der Schalter 58 so in seine Mittellage geschoben wird, daß der Stromkreis durch die Kontakte 60 und 62 mit den Kontakten 63 und 64 geschlossen wird, werden beide Hilfsmotoren 16 und 17 eingekuppelt, und wenn endlich der Schalter 58 in seine äußerste rechte Lage geworfen wird, wird nur der Stromkreis des linken Hilfsmotors 16 durch die Kontakte 60 und 65 geschlossen und dieser Motor eingekuppelt.

Eine ähnliche Anordnung wie die soeben beschriebene ist auch bei dem Schalter 59 möglich. Fernerhin kann der Schalter 59 gewünschtenfalls mit dem Schalter 58 so in Wechselsperrung stehen, daß eine Bewegung des einen Schalters in gleicher Weise auch den anderen bewegt, wobei die Richtung, in der die Hilfsmotoren 16 und 17 arbeiten, von der Richtung des Stromflusses zu den Hauptmotoren 10, 11, 12 und 13 abhängt. Wenn die Hauptmotoren in der einen Richtung (Rückwärtsfahrt) betrieben werden, fließt der Strom durch den Stromkreis 52, und kein Strom fließt durch den Stromkreis 53; wenn aber die Lokomotive in der anderen Richtung (Vorwärtsfahrt) angetrieben wird, tritt der Strom durch den Stromkreis 53 ein, und kein Strom fließt durch den Stromkreis 52. Wenn die Lokomotive in der einen Richtung (Rückwärtsfahrt) fährt, werden die Stromkreise für das Einrücken beider Motoren über die Leitungen 52 und 52° hergestellt, und wenn sich die Lokomotive in der entgegengesetzten Richtung (Vorwärtsfahrt) bewegt, über die Leitungen 53 und 53^s.

Um ein Aufeinanderprallen der Zahnräder 20 und 2i mit dem Zahnrad 22 während der Einrückung zu verhindern, müssen die Zahnräder 20 und 21 mit einer verhältnismäßig langsamen Tourenzahl umlaufen, was durch folgende Anordnung erreicht wird. In den Stromkreis 57, der zu den Hilfsmotoren führt, sind Vorschaltwiderstände 66 eingeschaltet, die so groß sind, daß das Antriebsritzel 19 nur langsam umgetrieben wird. Wenn nun der Kolben 30 verschoben wird, werden daher die Zahnräder 20 und 21 mit langsamer Tourenzahl gedreht, bis der Eingriff vollständig ist, worauf dann der Kolben 30 das Rohr 40 aufdeckt, das zum schon beschriebenen Kolben 41 führt. Dieser Kolben 41 wird dann verschoben, um den Stromkreis zwischen den Kontakten 44 und 45 zu schließen, worauf der Draht 67 den Widerstand 66 kurzschließt und die Hilfsmotoren als Antriebsfaktor arbeiten läßt.

Da die Hilfsmotoren 16 und 17 nur beim Anfahren oder bei verhältnismäßig niedrigen Geschwindigkeiten die Lokomotive treiben helfen sollen, werden sie von der Belastung der Hauptmotoren 10 bis 13 abhängig gemacht. Dies wird durch die Einführung¹ des Solenoidschalters 68 in die Zuführleitung 57 für die Hilfsmotoren erreicht. Die Wicklung des Solenoidschalters 68 spricht unmittelbar auf die über die Leitung 69 erfolgende Stromaufnahme (Belastung) der Hauptmotoren an, so daß, wenn diese Belastung oberhalb einer vorbestimmten Grenze ist, wie es beim-Anfahren oder Ziehen des Zuges auf einer starken Steigung der Fall sein würde, der Schalter 68 geschlossen wird und die Hilfsmotoren in Tätigkeit gesetzt und eingerückt werden; wenn aber die Lokomotive gut angefahren ist und mit einer Geschwindigkeit z. B. von 50 km in der Stunde und darüber fährt, reicht die Belastung der Hauptmotoren nicht aus, um den Schalter 68 geschlossen zu halten, worauf die Hilfsmotoren selbsttätig ausgerückt und stillgesetzt werden.

Um die Hilfsmotoren und ihren Einrückmechanismus im Falle eines Versagens der Druckluft zu schützen, ist in die Leitung 57 ein zweiter Schalter 70 eingeführt, der gewöhnlich in geschlossener Stellung gegen die Kontakte 71 mittels des durch die Druckflüssigkeit betätigten Kolbens 72 gehalten wird; die Verbindung mit der Druckflüssigkeitsquelle wird durch das Rohr 73 hergestellt.

In der Beschreibung des Hilfsmotorsteuermechanismus ist in den meisten Fällen die Erklärung auf den Hilfsmotor 16 beschränkt worden, aber selbstverständlich wird der Hilfsmotor 17 in genau derselben Weise durch Teile gesteuert, die den soeben bei Hilfsmotor 16 besprochenen Teilen vollkommen entsprechen, so daß es nicht nötig ist, die Betätigung und Einrückung des anderen Hilfsmotors 17 genau zu erläutern.

Die beiden Hilfsmotoren 16 und 17 sind in entgegengesetzter Richtung angeordnet, so

daß, um ihre Kraft zum Antreiben der Lokomotive in derselben Richtung zu verwenden, ein Motor durch Zahnrad 20 antreibt, während der andere Motor durch Zahnrad 21 antreibt, und umgekehrt.

Eine übliche Steueranlage für die Hauptmotoren 10 bis 13 ist in Abb. 5 durch den mit 74 bezeichneten Teil der Anlage und eine typische Stromabnehmeranlage ist in 75 der Abb. 5 dargestellt, wobei der Strom entweder von einer dritten Schiene (Stromschiene) oder von der Oberleitung abgenommen wird. Der Strom fließt von den Stromabnehmern zu dem nicht im einzelnen gezeichneten Hauptschalter, der in der üblichen Weise die Hauptmotoren zwecks Anfahrens in Reihe schaltet, sodann in Reihen- und Parallelschaltung und schließlich in Parallelschaltung bringt.

Die Hilfsmotoren arbeiten nur bei einer vorbestimmten Belastung der Hauptmotoren. Hierbei ist der Solenoidschalter 68 geschlossen, und der Strom fließt über Schalter "j τ zur Leitung 57, von wo er zu den Hilfsmotoren 16 und 17 gelangt, die in Umlauf versetzt werden, und zwar nur mit langsamer Geschwindigkeit wegen des Vorschaltwiderstandes 66, damit ein ruhiges und richtiges Einrücken der Triebzahnräder erfolgt. Wenn der Strom über Leitung 52 oder 53 vom Hauptfahrschalter fließt und Schalter 58 oder 59 geschlossen ist, dann wird der Einrückmechanismus in Tätigkeit gesetzt, um den oder die Hilfsmotoren je nach Stellung der Schalter 58 oder 59 mit ihren Achsen zu kuppeln und den Widerstandsschalter 43 zu schließen, so daß nunmehr die Hilfsmotoren volle Kraft liefern können. Fällt die Belastung der Hauptmotoren unter den vorbestimmten Punkt, dann wird der Schalter 68 geöffnet und die Hilfsmotoranlage stromlos gemacht, wodurch die Triebzahnräder 20 oder 21 ausgekuppelt und die Hilfsmotoren stillgesetzt werden.

Eine in dieser Weise ausgeführte elektrische Lokomotive kann viel wirksamer und wirtschaftlicher betrieben werden, da die Hauptmotoren 10 bis 13 so gebaut werden können, daß sie ihre wirksamste Leistung bei einer Durchschnittsgeschwindigkeit z. B. zwischen 50 und 100 km in der Stunde entwickeln können. Zu solchen Zeiten sind die Hilfsmotoren 16 und 17 ausgeschaltet und in der Tat vollkommen von den durch sie getriebenen Achsen getrennt, so daß alle unnötige Abnutzung der Verbindungsteile vermieden wird und die Hauptmotoren nicht gezwungen sind, die Last anzutreiben, die bestehen würde, wenn die Hilfsmotoren in Eingriff mit ihren Achsen belassen würden. Fernerhin können sehr starke Motoren für die Achsen 15 verwendet und ein sehr starkes Anzugsmoment kraft der Tatsache entwickelt werden, daß die Räder 18 von kleinerem Durchmesser als die Haupträder 6 bis 9 sind.

Ein anderer Vorteil liegt darin, daß die Hilfsmotoren billiger hergestellt werden können, da sie kleiner als die Hauptmotoren sind und doch die für das Anfahren eines schweren Zuges notwendige Kraft reichlich vorhanden ist. Wenn einmal der Zug angezogen worden ist, genügen dann die Hauptmotoren, um die Last zu übernehmen, und die Hilfsmotoren, die in dieser Zeit nicht so wirksam wie die Hauptmotoren arbeiten können, werden ausgeschaltet und vollkommen von ihren Achsen getrennt,

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektrische Lokomotive mit Haupt- und Hilfsmotoren, welch letztere in Abhängigkeit von der Stromaufnahme der Hauptmotoren selbsttätig ein- und ausschaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe einer vorzugsweise elektrischen Steuerung die mechanische Kupplung und Entkupplung der Hilfsmotoren (16) mit den Radachsen (15) des Drehgestells (14) geschieht.

2. Elektrische Lokomotive nach Anspruch i, gekennzeichnet durch einen elektrisch gesteuerten Ventilmechanismus (46) für die Steuerung der Druckflüssig- · keitszufuhr zum Kupplungsantrieb (29).

3. Elektrische Lokomotive nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreise (57) des elektrisch gesteuerten Ventils (46) ein Schalter (70) liegt, der im Falle eines Aussetzens der Druckflüssigkeitszufuhr geöffnet wird.

4. Elektrische Lokomotive nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch zwei Handschalter (58, 59), die je nach Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt wahlweise die Wirksamkeit der Hilfsmotoren (16) bestimmen.

5. Elektrische Lokomotive nach Anspruch i, gekennzeichnet durch Vorschalten eines regelbaren Widerstandes (66) in den Stromkreis der Hilfsmotoren (16) no beim Einrücken der Kupplungseinrichtung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen