DE660186C - Kraftfahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, mit einem oder mehreren Schwungraedern zur Aufspeicherung von kinetischer Energie - Google Patents

Description

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18. IYlA11938

Die Erfindung stellt eine Weiterbildung der bekannten Einrichtung zum Beschleunigen von Kraftfahrzeugen aller Art durch schnellaufende Speicherschwungräder dar. Sie stellt sich zur Aufgabe, die durch die frühere Erfindung für Großbetrieb ermöglichte, an sich hohe Beschleunigung derartiger Fahrzeuge oder Züge noch weiter um ein Mehrfaches zu erhöhen. Dies ist insbesondere dann von erheblicher Bedeutung, wenn die betreffenden Fahrzeuge verhältnismäßig" oft anhalten und nachher wieder auf Geschwindigkeit gebracht werden müssen. Alsdann ist eine besonders hohe Anfahrbeschleunigung für die Erzielung einer hohen mittleren Fahrgeschwindigkeit zwischen den Haltestellen unumgänglich.

Zwar ist es schon bekannt, für den Anfahrvorgang nicht nur die Leistung des Antriebsmotors selbst zu nutzen, sondern auch zusätz- lieh das Mehrfache seiner Leistung dem Schwungrad zu entnehmen und dadurch Anfahrkräfte von früher nicht erreichbarer Höhe zu erzielen. Es ergibt sich hierbei aber leicht die Schwierigkeit, daß die Triebachsen überlastet werden und zu schleudern beginnen, wodurch die Speichereinrichtung in ihrer Wirkung wesentlich vermindert wird.

Gemäß der Erfindung ist die Speichereinrichtung ganz oder teilweise auf zusätzliche Antriebsachsen schaltbar. Hierdurch werden die Reibung und damit auch die erzielbare Gesamtumfangskraft am Radumfane: und die mögliche

Beschleunigung beträchtlich vergrößert. Erst so kann die durch die Speichereinrichtung gegebene Zusatzleistung praktisch überhaupt ausgenutzt werden, ohne daß vermeidbare Energieverluste, Abnutzungen von Radreifen und Schiene, Zerstörung der Gummireifen und Straßendecken, Zurückgehen der Reibungsziffer der Ruhe auf den kleineren der Bewegung und noch andere Nachteile ein-•treten.

Außerdem ergibt die Erfindung eine viel größere Freiheit in der Anordnung von Motor, Getriebe und Speichereinrichtung, was insbesondere bei eng gebauten Drehgestellen von Lokomotiven und auch bei Kraftwagen von Bedeutung ist. Man ist sogar vollkommen frei, den Hauptmotorantrieb auf ein Drehgestell oder den Haupttriebwagen. den Speicherantrieb dagegen auf ein anderes. Drehgestell oder auf andere Wagen, Anhänger, Tender o.dgl. wirken zu lassen und dadurch nicht nur die Anfahrzugkräfte, sondern auch, natürlich für kürzere Zeit, die überwindbaren Steigungen um ein Mehrfache·! zu erhöhen. Außerdem lassen sich erhebliche Vorteile in bezug auf günstige Gewichtsverteilung, erhöhte Zugängigkeil u. a. erreichen. βο

Nun ist es bei Dampflokomotiven an sich bekannt, außer der HauptantnebsmaschiiK· eine kleine Hilfsmaschine vorzusehen und diese auf eine zusätzliche Triebachse arbeiten

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zu lassen. Der Antrieb der zusätzlichen Triebachsen erfolgt bei diesen Anlagen indessen in erster Linie um deswillen, weil die Hilfsmaschinen im allgemeinen schon aus Raumgründen nicht zusammen mit den Häupitnaschinen auf die gleiche Achse geschaltet werden können. Die Schaltung der Hilfsmaschinen auf. zusätzliche Triebachsen ergibt sich somit zwangsläufig aus der Raumfrage ίο heraus. Bei Antriebsanlagen mit einer Schwungradspeicherung ist es hingegen zunächst keineswegs naheliegend, den Schwungradspeicher auf getrennte Achsen arbeiten zu lassen, da das Schwungrad mit dem Hauptmotor im allgemeinen eine zusammenhängende Einheit bildet. Man hat daher auch bei den bisher bekannten Antriebsanlagen mit einer Einrichtung zur Schwungradspeicherung die Schwungräder stets auf die von dem Haupt- xo motor angetriebene Achse geschaltet. Im übrigen besitzen die bei den bekannten Dampflokomotiven vorgesehenen Hilfsmaschinen nur einen Bruchteil der Leistung der Hauptmaschinen, während bei einer Schwungradspeicherung ein Mehrfaches der Leistung des Hauptmotors an die Triebachsen abgegeben werden muß. Die Verwendung an sich bekannter zusätzlicher Triebachsen ist ;ilso im Falle einer Schwungradspeicherung von 3« besonderer Bedeutung.

Die Erfindung ist auf alle Arten von Kraftfahrzeugen auf Straßen und Schienen mti Dampf-, Verbrennungsmotor- oder elektrischen Antrieb von einem Stromnetz aus und mit beliebigen Übertragungsgetrieben und Schlcifkupplungen mechanischer, hydraulischer, pneumatischer oder elektrischer Art anwendbar. Die Zeichnung zeigt verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung. 4" Abb. ι zeigt einen Kraftwagen oder ein entsprechendes Schienenfahrzeug, das vom Motor ι über das mechanische, hydraulische oder elektrische Hauptgetriebe 2. die Gelenkwelle 3 und das mit oder ohne Umsteuerung¹ wirkende Kegelradgetriebe 4, das auf der Triebachse 5 sitzt, angetrieben wird.

Die Speichereinrichtung besteht z. B. aus der Zahnradübersetzung 6, 7 ins Schnelle, dem Speicherschwungrad S und den beiden, am besten hydraulischen Schaltkupplungen 9 und to, welche in bekannter Weise zum Laden oder Entladen des Schwungrades verwendet werden können.

Die Speichereinrichtung arbeitet erfindungsgemäß nicht auf die Triebachse 5, sondern durch die Gelenkwelle 12 und Zahnradübersetzung 13. 14 auf das Kegelradgetriebe 4' und die Triebachse 5'.

Die Einrichtung kann beispielsweise folgendermaßen betrieben werden: Bei still- f .stehendem oder ohne Antrieb frei auslaufen- j dem Fahrzeug wird das Haiiptgetriebe 2 /.. B. durch Auskupplung ausgeschaltet. Gleichzeitig wird der Motor 1 bei ausgeschalteter Kupplung 10 durch Einschalten der Kupplung 9 auf das Speicherschwungrad 8 geschaltet, bis dasselbe mit genügender kinetischer ] Energie geladen ist.

j Soll nun angefahren oder das Fahrzeug wie- ! der auf Höchstgeschwindigkeit gebrachtwerden. 7η

■ so werden das Hauptgetriebc 2 und damit der j Antrieb der Triebachse 5 wieder eingeschaltet, , während die Kupplung 9 zur Abtrennung des

Speichers vom Motor gelöst wird. Durch Ein-1 schalten der Kupplung 10 wird das Schwungj rad S mit der anderen Triebachse 5' verbun- ; den. so daß es seine aufgespeicherte Energie * an diese abgeben kann. Dadurch wird eine j Überlastung der Triebachse 5 vermieden und

■ eine starke Beschleunigung des Fahrzeuges ! herbeigeführt. Ist die Drehzahl des Schwungrades genügend weit gesunken, so wird es

^: durch die Kupplung- 10 von seiner Trieb- ! achse 5' abgeschaltet und gegebenenfalls durch i Einschalten von 9 wieder mit dem Motor ver-I bundcn, dessen Drchzahlschwankungen in wechselndem Gelände es dann entsprechend mildert.

Abb. 2 zeigt eine verwandte Anordnung \mi etwas abweichender Bauart. Außer der vom Motor ι angetriebenen Achse 5 sind zwei zusätzliche Antriebsachsen 5', 5" vorgesehen. Das große Zahnrad 6 treibt durch die Ritzel 7 und 7' und Kupplungen 9 und 9' die beiden Schwungräder 8 und 8' an. welche durch die. Schaltkupplungen to und to' auf die Triebachsen 5' und 5" arbeiten. Auf diese Weise ! läßt sich für schnelle Anfahrt und vorübergehend auf Steigungen der Größenordnung nach die dreifache Reibungskraft und eine m<> ' entsprechende Motorleistung nutzbar machen. Dabei ist es vollkommen gleichgültig, ob eine der beiden Triebachsen 5', 5" oder ob beide dem gleichen Fahrzeug angehören wie die Triebachse 5 oder irgendeinem anderen. z. B. einem Anhänger oder einem Lokomotivtender.

Abb. 3 zeigt an Hand eines weiteren Ausführungsbeispieles, wie die Erfindung besonders vorteilhaft in der Form angewandt werden kann, daß der Schwungradspeicher S nicht unmittelbar mechanisch vom Hauptmotor i, sondern λόιι einem Hilfsmotor, etwa einer Abgas- oder Abdampfturbine 2 r, angetrieben wird. Die Turbine 21 ist dem Hauptmotor 1 nachgeschaltet, indem dessen Abgasbzw. Abdampflcitung 22 an die Eintrittsdüse 20 der Turbine 21 angeschlossen ist. Bei einer solchen Anlage ergibt sich eine besonders große Freiheit in der Anordnung der einzelnen Hauptteile, nämlich des Motors t, des Getriebes 2, der Hilfsturbine 20, 21, des

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Schwungrades S und der SpeidKTtriehndise 5'. Auch hier können beliebig viele Schwungräder einzeln oder gemeinsam durch eine oder mehrere Hilfsantricbsmaschincn (Abgasturbincn, Hilsdampfmaschineii oder -dampfturbincn, elektrische Nebenmotoren oder irgendwelche Kombinationen derselben, die vorzugsweise mit der Energiequelle durch Gelenkrohrleitun· gen verbunden sind) angetrieben werden. Abb. 4 zeigt eine Anlage für eine Dampflokomotive, deren Hauptmaschine in üblicher Weise mit beliebig vielen, unmittelbar auf die Treibräder wirkenden Dampfzylindern ausgerüstet ist. Der Schwungradspeicher wird hier beispielsweise durch eine unmittelbar oder mittelbar aus dem Hauptkessel gespeiste schnellaufende Hilfsdampfmaschinc mit Zahnradübersetzung ins Schnelle oder durch eine entsprechende, gegebenenfalls unmittelbar mit dem Schwungrads gekuppelte Hilfsturbine 25 mit Eintrittsdüse 26 angetrieben.

Dieser Hilfsmaschincnsatz sitzt entweder z. B. bei Tenderlokomotiven auf der Maschine selbst oder bei Lokomotiven mit getrenntem Tender gegebenenfalls auf dem letzteren. Die Energieübertragung vom Hauptfahrzeug auf das beweglich angekuppelte Nebenfahrzeug läßt sich in allen Fällen leicht durchführen, weil entweder nur verhältnismäßig; dünne 3<> Dampfleitungen oder dünne, hochtourige Wellen als Kraftleitungsglicclcr in Frage kommen.

Der Durchmesser und die Drehzahl der Jlilfsantriebsräder kann dabei beliebig sein. d. h. sie brauchen nicht mit den entsprechenden Größen der Ilaupttriebrädcr übereinzustimmen; bei der Anordnung gemäß der Erfindung wird es also beispielsweise möglich, die Lauf räder der Lokomotive für die Entwicklung der Anfahrkraft heranzuziehen, wie in Abb. 4 veranschaulicht ist. Die Gruppe der Ililfsantriebsräder kann gegebenenfalls durch Kupplungsstange!! verbunden sein, in welchem Falle es genügt, eine Achse dieser Gruppe durch Zahnräder vom Hilfsmaschinensatz aus anzutreiben. Wird der Antrieb durch eine Längswelle unmittelbar den verschiedenen Achsen der Hilfsgruppe zugeleitet, so empfiehlt es sich unter Umständen. Kupplungen 27' und 27" (Abb. 4) vorzusehen, um die Achsen einzeln ab- und zuschalten zu können. Für den Rückwärtsgang der Lokomotive kann es zweckmäßig sein, die Dampfturbine umsteuerbar auszubilden, anstatt ein beson-(leres Wendegetriebe in den Antrieb der Hilfsgruppe einzuschalten. Am einfachsten wird dann das Turbinenrad so ausgebildet, daß es zwei gleichartige, entgegengesetzt gerichtete. Schaufclkränze mit entsprechenden Düsen, fin die wechselweise ausgeschaltet werden können, enthält.

Abb. 5 veranschaulicht das Schema eines Antriebes für ein elektrisches Schienenfahrzeug, der ähnlich dem nach Abb. 1 ausgebildet ist. Der Motor Γ treibt, zweckmäßig unter Einschaltung einer Kupplung 30, die Haupttriebachsc 5 mittels des Stimräderpaares 2'. 3' an, während das über 6, 7 und 9 angetriebene Schwungrad S über ein doppeltes Stirnrädergetriebe 13, 14 und 31, 32'auf die zusätzliche Antriebsachse 5' arbeitet.

Bei der Anordnung nach Abb. 6 ist der Motor 1' nicht unmittelbar mit der Welle des Ritzels 2' gekuppelt, vielmehr wird auch der Hauptantrieb über die Schwungradwcllc 7 gvleitet, die die Welle des Ritzels 2' mittels der zugefügten Räderübersetzung 31', 32' in Drehung versetzt. An Stelle, der Kupplung 30 der Abb. 5, welche eine hydraulische Kupplung sein kann, ist hier die Kupplung 30' auf der verlängerten Schwungradwelle vor dem Getriebe 31', 32' vorgesehen. Die Anordnung hat den Vorteil, daß diese Kupplung, was für schwere Fahrzeuge in lietracht kommt, wesentlich kleiner als im vorhergehenden Falle ausgebildet werden kann.

Abb. 7 zeigt an Hand einer schematischen Darstellung, wie der Antrieb nach Abb. 5 bei einem mittels Tatzenlagermotors angetriebenen Schienenfahrzeug baulich zu gestalten ist. Die Teile Γ bis 14 sind in einem Gehäuse 33 untergebracht, das schwingbar auf der Hauptantriebsachsc 5 gelagert und bei 34 am Wagenrahmen abgestützt ist. Das Räderpaar 31,32 ist für sich in einem Gehäuse 35 angeordnet, das auf der zusätzlichen Antriebsachse 5' drehbar und bei 36 abgestützt ist. Die Zahnräder 14 und 3Γ sind durch eine Welle mit den Gelenken 11 gekuppelt. Der ganze Antrieb läßt sich, wie ersichtlich, bequcm innerhalb des geringen Zwischenraumes zwischen den beiden Fahrzeugachsen unterbringen.

Die Abb. Sa bis Sd beziehen sich auf den Fall eines elektrisch, angetriebenen Fahrzeuges. Bei diesem Fahrzeug ist neben dem Hauptmotor 1', der gemäß Abb. Sa wieder über ein Stirnräderpaar 2'. 3' auf die Haupttriebachse 5 wirkt, ein besonderer Hilfsmotor 1" zum Laden des Speichers S v-orgesehen.

Die Abb. Sb bis Sd zeigen verschiedene Schaltungsmöglichkeiten dieses Hilfsmotors in Verbindung mit dem Speicher und der zusätzlichen Triebachse 5'.

Bei der Anordnung der Abb. Sl) kann der Hilfsmotor 1" entweder elektrisch eingeschaltet oder abgeschaltet sein. Im ersteren FalL· arbeiten Hilfsmotor 1" und Schwungradspeicher S gemeinsam auf der zusätzlichen Triebachse 5'. während bei elektrisch abgeschaltetem Motor nur die Energie des

Claims (3)

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   Schwungrades 8 auf die Triebachse 5' übertragen wird.

   Bei der Anordnung der Abb. 8c besteht zusätzlich die Möglichkeit, mittels der Kupp-S lung 9 das Schwungrad S abzuschalten. Es können infolgedessen entweder der Hilfsmotor 1" oder das Schwungrad 8 oder beide gemeinsam Energie an die Triebachse 5' abgeben.

   ι» Bei der Anordnung der Abb. Sd liegt die lösbare Kupplung 9' nicht zwischen Zahnradgetriebe 6, 7 und Schwungrad S, sondern zwischen dem ersteren und dem Hilfsmotor 1". Auf diese Weise kann der Hilfsmotor 1" nicht nur elektrisch, sondern auch mechanisch abgeschaltet werden.

   Pa τ κ χ τ λ χ s ι· r v chk: !

   ?.<> ι. Kraftfahrzeug, insbesondere Schienen-

   fahrzeug, mit einem oder mehreren j Schwungrädern zur Aufspeicherung von ! kinetischer Energie, die bei Beschleuni- j gung des Fahrzeuges oder bei Über- ■;

   »5 windung von Steigungen zur Unterstützung | des Hauptantriebes herangezogen werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung (8) ganz oder teilweise auf eine oder mehrere zusätzliche Antriebsachsen schaltbar ist.
2. 2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß jede der zusätzlichen Antriebsachsen mit einem gesonderten Schwungradspeicher (S) in Verbindung steht, die einzeln oder gemeinsam von der Welle, des Antriebsmotors ίj 1 aus geladen werden können.
3. 3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung (8) zusammen mit dem Antriebsmotor (1') in einem von der Hauptachse (5) getragenen Gehäuse (33) und der Zahnräderantrieb (31.32) für die zusätzliche Antriebsachse (.5') in einem von dieser Achse getragenen Gehäuse (35) untergebracht sind, wobei der Zahnräderantrieb (31,32) für die zusätzliche Antriebsachse (5') mit der Speichereinrichtung (8) durch eine Gelenkwelle (11) verbunden ist.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen