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Kraftspeichergetriebe mit Schwungrad und Wechselgetriebe Die Erfindung
bezieht sich auf Kraftspeichergetriebe mit Schwungrad und Wechselgetriebe.
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Erfindungsgemäß ist das Schwungrad über ein Getriebe und eine Reibungskupplung
mit einem polumschaltbaren Drehstromkurzschlußmotor kuppelbar, durch den das Schwungrad
stufenmäßig auf höhere Drehzahl gebracht werden kann, und außerdem steht das Schwungrad
bei abgekuppeltem oder unbelastet mitlaufendem Motor über ein mehrstufiges mechanisches,
,hydraulisches, elektrisches oder sonstiges Getriebe mit einer Triebwelle und von
dieser durch Kette mit den Lokomotivachsen für Vor- oder Rückwärtsgang in Verbindung,
wobei (las Schwungrad für eine Nutzbremsung von den Fahrzeugachsen antreibbar ist.
Es ergeben sich hierdurch eine Reihe wesentlicher Vorteile. Neben Ersparung der
Fahrdrahtleitungen und unter Wegfall der die Luft, besonders in Bergwerken, verschlechternden
Abgase der Ölmotoren und der Gefahren der durch Funken verursachten Explosionen
der Schlagwetter kann das Speicherschwungrad ganz unabhängig vom Motor seine aufgespeicherte
Arbeit zum Beschleunigen des Fahrzeuges in mehreren Geschwindigkeitsstufen ausnutzen
und die bei Bremsungen freiwerdende Arbeit nutzbringend speichern. Seine Kraftspeicheraufladung
aus dem Stromnetz erfolgt stufenmäßig äußerst schnell in etwa 8 Minuten. Dieses
stufenmäßige Steigern der Geschwindigkeit hält den Geschwindigkeitsunterschied zwischen
Motor und Schwungrad klein, wodurch sich der Schlupf zwischen Drehfeld und Motoranker
verringert und weniger Arbeit im Motor verloren geht.
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Ohne Stufenschaltung würde bekanntlich der Arbeitsverlust größer ausfallen
als die vom Schwungrad oder von den Zugmassen aufnehmbare Arbeit.
Die
schwierige Aufgabe der Kraftübertragung auf das Schwungrad und die des Schwungrades
auf das Fahrzeug läßt sich am billigsten durch ein mechanisches mittels Zahnrädern
und Reibungskupplungen ausführbares Getriebe oder durch eines der bekannten hydraulischen
Getriebe lösen. Beide Getriebe können eine genau festgelegte Kraft übertragen und
sie den jeweiligen Arbeitsbedingungen zwischen Null und Höchstwert anpassen.
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Das mechanische Zahnradgetriebe mit leicht steuerbaren, verschleißfesten
Reibungskupplungen hat gegenüber dem hydraulischen Getriebe den Vorteil eines besseren
Wirkungsgrades und einer zuverlässigeren Kraftübertragung und soll zum leichteren
Verständnis des Wesens und der Ausführbarkeit der Erfindung der Beschreibung zugrunde
gelegt werden.
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Die Reibungskupplungen des Zahnradgetriebes werden durch Druckluft
geschlossen, und zwar ohne daß ein Axialschub auf die Wellen und Lager auftritt.
Ihre Reibflächen werden mittels unter Pressung durchgedrückten Öles geschmiert und
gekühlt. Ein kleiner vom Schwungrad angetriebener Kompressor liefert die zur Steuerung
erforderliche ruckluft. Schwungrad, Zahnradgetriebe, Reibungskupplungen und Kupplungsgestänge
für Vor-und Rückwärtsfahrt liegen in einem dichten Gehäuse. Dadurch sind diese Teile
gegen Verschmutzung und störenden Eingriff geschützt. Zweckmäßig wird das Gehäuse
für das Getriebe für Vor- und Rückwärtsfahrt an dem Gehäuse für die Zahnräder und
Reibungskupplungen befestigt. Das ganze Getriebe ruht leicht montierbar und durch
den Kettentrieb von den harten beim Fahren auftretenden Stößen der Achsen geschützt
auf dem abgefederten Fahrgestell.
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Der Erfindungsgegenstand ist in einer beispielsweisen Ausführungsform
in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt Fig. i eine im teilweisen Schnitt gehaltene
Ansicht einer Klein-Lokomotive, Fig. 2 eine Seitenansicht eines Steuerventils 2o
zur Steuerung der Lokomotive auf Vor- oder Rückwärtsgang.
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Fig. 3 eine Ansicht eines weiteren Steuerventits 21 zum Ein-
und Ausschalten der Reibungskupplungen.
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Auf dem zweiachsigen Fahrgestell i ist ein sauber abgedrehtes linsenförmiges
Schwungrad gelagert, das von einem luftdicht geschlossenen Gehäuse 2 umgeben ist.
Die Achse dieses Schwungrades ist durch eine elastische Kupplung 3 an die Welle
4 eines Zahnradgetriebes angeschlossen, zu dem die Zahnräder 24-25, 26-27, 28-29,
3o-31 gehören. Die Zahnräder 25, 26, 28, 30 sitzen auf der Welle i i und
die Zahnräder 27, 29, 31 auf einer Welle 16. Das Zahnradgetriebe mit seinen Kupplungen
6, 7, 8, 9, die axial schubfrei ausgebildet sind und deren Reibflächen durch eingeführtes
öl geschmiert und gekühlt werden, ist in einem öl- und staubdichten Gehäuse 5 gelagert.
Die Reibungskupplungen werden durch Druckluft geschlossen, die über Luftzuführungsbuchsen
12, 13 und durch Bohrungen der Wellen 11, 4 in die Ringzylinder der Reibungskupplungen
eintritt. Die Welle 16 trägt an ihrem einen Ende ein Kegelradritzel io, das mit
zwei sich gegenüber liegenden und auf der Welle 17 gelagerten Kegelrädern für die
Vor- oder Rückwärtsfahrt gekuppelt werden kann. Zu diesem Zweck sind Klauenkupplungen
vorgesehen, deren Muffe von dem Gestänge 15 aus mittels zweier Druckluftzylinder
14 auf der Welle i 7 für die Vor-und Rückwärtsfahrt verschoben werden kann. Die
Kegelräder und die Klauenkupplungen sind ebenfalls in einem dichten Gehäuse 32 gelagert,
das alle Teile besonders im Bergbau ausreichend gegen Verschmutzung schützt. Dieses
Gehäuse 32 ist mit dem Gehäuse 5 fest verbunden. Die Druckluftzylinder 14 können
auch im Gehäuse 32 angeordnet werden. Die beiden ein- und ausrückbaren Klauenkupplungen
schalten in ihrer Mittelstellung das Fahrwerk vom Getriebe ab.
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Fig.2 zeigt das Steuerventil 20, bei dem in der Mittelstellung seines
Handhebels die Klaüenkupplung ausgerückt und in den Endstellungen die Vor- oder
Rückwärtsfahrt eingeschaltet ist. Die Welle 17 steht durch je eine Treibkette 18
über Kettenräder mit den Laufachsen i9 der Fahrgestellräder in Verbindung. 23 stellt
ein am Schwungradgehäuse angeordnetes Tachometer dar, das zur Feststellung der Geschwindigkeit
und des Arbeitsinhalts des Schwungrades dient.
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Die Zapfen aller Räder, auch der Schwungscheibe, laufen in staubdicht
geschlossenen Kugellagern. Am Fahrzeug ist eine Klotzbremse für kleine Geschwindigkeiten
und ein durch Druckluft geregelter Sandstreuer vorgesehen.
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Die Reibungskupplungen haben keinen Axialschub und sind mittels Druckluft
im Bruchteil einer Sekunde ein- und ausrückbar. Die Druckluft wird durch einen auf
dem Fahrgestell gelagerten Kompressor erzeugt, der von der Welle i i mittels Keilriemen
oder durch Ketten 22 angetrieben wird. In gleicher Weise wird die Pumpe des umlaufenden
Schmier- und Kühlöls angetrieben. Durch die Druckluft sind die Reibungskupplungen
im Drehmoment feinfühlig regelbar. Der Verschleiß ihrer vorzugsweise aus Stahl und
Buchenholz gebildeten Reibflächen ist praktisch null. Wie bei Gleitlagern ist die
Reibfläche so groß, daß die Abführung der Wärme durch 0I gesichert ist und der Ölfilm
-zwischen den spiegelblanken Flächen nicht zerrisen wird. Der Reibungswert ist praktisch
konstant. Jedes Kleben der Reibflächen wird vermieden.
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Der Motor wird an der Füllstelle angebracht und das Fahrzeug zum Aufspeichern
des Schwungrades zum Motor gefahren. Falls Fahrdrahtleitungen vorhanden sind, wird
der Motor auf dem Fahrgestell gelagert, wobei zwischen Ketten 22 und Motor auf der
Welle i i eine Ausrückkupplung vorgesehen wird.
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Das Steuerventil 21 gemäß Fig. 3, das zum Steuern der Reibungskupplungen
dient, besitzt fünf Hebelstellungen. Die Wirkungsweise ist wie folgt: Der Handhebel
des Ventils 21 steht auf der Stellung i, in welcher alle Reibungskupplungen 6, 7,
8, 9 ausgerückt sind. Der am Füllort aufgestellte Drehstromkurzschlußinotor
wird
durch eine biegsame, leicht lösbare Kardangeleukkupplung mit der Welle t i des Zahnradgetriebes
gekuppelt, unbelastet an das Stromnetz angeschlossen und zum Anlaufen gebracht.
Dann wird der Handhebel des Ventils 21 auf die Stellung 2 eingestellt und dadurch
die Reibungskupplung 6 eingerückt. Der laufende Motor bringt urfiter Schlüpfen seines
Ankers gegenüber dem Drehfeld und eventuell auch unter Rutschen der Kupplung 6 (las
Schwungrad zum Anlaufen, das durch die elastische Kupplung 3 mit der Welle ,4 in
Verbindung steht. Das Schwungrad wird stufen-"veise auf höhere Drehzahl gebracht.
Bei Verwendung eines, z. 13. achtpoligen Motors werden, sobald dieser entgegen (lern
:Massenwiderstand unter Schlüpfen seines Ankers gegenüber dem elektrischen Drehfeld
die Umlaufzahl 750 erreicht hat, zwei Pole abgeschaltet. Die Geschwindigkeit steigt
dann auf die Umlaufzahl i ooo. Durch weiteres Abschalten je eines Polpaares werden
darauf die beiden restlichen Stufen von 1,500 und 3000 Umdrehungen
durchlaufen, wonach (las Schwungrad vollgeladen ist. Nach Erreichen der vollen Drehzahl
wird der Motor ausgeschaltet und die flexible Welle von der Welle i i der fahrbereiten
Lokomotive abgezogen. Die Fahrtrichtung wird durch Einrücken der Klauenkupphing
bestimmt, indem der Handhebel des Ventils 2o aus seiner Mittelstellung in eine der
Außenstellungen für N'or- oder Rückwärtsfahrt gebracht wird. Darauf wird das Ventil
21 auf die Stellung 3 geschaltet und damit die Reibungskupplung 7 mit den Zalinriidern
26, 27 für die niedrigste Fahrgescli\% in(ligkeit eingerückt. Nach Durchfahren dieser
niedrigen Fahrgeschwindigkeit wird durch Schalten des `'entils 21 auf die Stellung
4 die Reibungskupplung 8 finit den dazugehörigen Zahnrädern 28 und 29 für die mittlere
Fahrgeschwindigkeit und schließlich durch Einstellen des Ventils 21 auf die Stellung
5 die Reibungskupplung 9 mit den dazugehörigen Zahnrädern 30, 31 für die höchste
Geschwindigkeitsstufe eingeschaltet. Der Wagen läuft finit hiichster Tourenzahl.
Das Drehmoment hat bei allen keibungskulipltirigen den gleichen Wert und nimmt bei
raschem Cberschalten der Gangstufen bei der einett Kupplung durch die elastische
Druckluft ebenso schnell alt, als es bei der anderen an-Die Summe der Kräfte beider
Kupplungen überschreitet hierbei nicht den Höchstwert einer 1Ctil)liltiiig, und
(las (;etriebe wird nicht schädlich beansprucht. Daher reißt die Zugkraft beim Gangt\-eclisel
nicht alt, und die "Zahnräder bleiben im Eingriff. :Mich bei schnellstem Schalten
treten keine störenden Kr:ifte auf.
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Wird wahrend der Fahrt auf niedrigere Geschwindigkeitsstufen umgeschaltet,
so treibt umgekehrt das I# ahrzeug über (las Getriebe (las Schwungrad an, wodurch
eine Nutzbremsung durch das Schwungrad erfolgt. Die Bremsarbeit wird mit einem Wirkungsgrad
von o,65 gespeichert, da das Schwungrad relativ langsamer läuft als das Fahrzeug.
Seine Drehzahl nimmt aber unter Rutschen der Kupplung zu. Beim Halten der Lokomotive
werden Schwungrad und Getriebe vorn Fahrwerk zur Verminderung der Leerlaufarbeit
abgekuppelt. Die Lokomotive läßt sich von Hand leicht und schnell ohne Behinderung
durch den Massenwiderstand des Schwungrades verschieben. Beim Durchfahren einer
Gleiskurve ist das durch die Kreiselwirkung des Schwungrades auftretende Drehmoment
niemals so groß, daß die Lokomotive kippen kann.