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Motorlokomotive mit pneumatischer Leistungsübertragung Der Verwendung
der wärmetechnisch den Kolbendampfmaschinen überlegenen Verbrennungsmotoren für
den Antrieb von Lokomotiven, insbesondere großer Leistung, stand bisher entgegen,
daß das Drehmoment der Motoren sich nur wenig und nur unter erheblicher Einbuße
an Wirkungsgrad verändern läßt, während der Lokomotivbetrieb stärkste Änderung erfordert.
Der direkte Antrieb ist zwar mehrfach versucht worden, aber mit wenig befriedigendem
Erfolg. Man schaltete daher Übersetzungsglieder ein, die solche Änderungen ermöglichen,
wie Zalinradstufengetriebe mit mechanischen oder magnetischen oder hydraulischen
Kupplungen, hydrostatische oder hydrodynamische Getriebe, oder manwähltedieelektrischeÜbertragung.
Wohlhaben es einige dieser Verfahren zu einer erheblichen Verbreitung gebracht,
doch befriedigten sie nicht entweder hinsichtlich des Wirkungsgrades oder hinsichtlich
Gewichts, Raumbedarfs oder Kosten.
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Auch die pneumatische Leistungsübertragung wurde versucht, indem man
Luft aus der freien Atmosphäre oder auf Atmosphärendruck entspannte oder rückgekühlte
Verbrennungsgase verdichtete, dann durch die heißen Motorabgase erhitzte und schließlich
in unmittelbar auf die Lokomotivachsen wirkenden Treibzylindern entspannte und ins
Freie
entweichen ließ. Die einstufige Verdichtung und Entspannung
erfordert aber sehr großen Raumbedarf, hohe Gewichte und Kosten der Verdichter,
Erhitzer, Treibzylinder und der Rohrleitungen. Der Gesamtwirkungsgrad ist infolge
mechanischer, thermischer und Strömungswiderstandsverluste bestenfalls auf wenig
über 5o °/o der Motorleistung zu bringen. Die Aufbesserung durch die Erhitzung mittels
der Motorabgase ist durch den Wärmeinhalt derselben begrenzt bzw. durch die für
Luft mit Rücksicht auf die Schmierung zulässige Temperatur und kann deshalb auch
nicht zu einem befriedigenden Gesamtwirkungsgrad führen. Die Einspritzung von Wasser
in den Verdichterzylinder zur I-lerabsetzung der Verdichtungsendtemperatur und Gewinn
an Arbeitsmittel kann daran nur wenig ändern, ganz abgesehen von den betrieblichen
Unannehmlichkeiten, die im gesamten Verdichterbau sonst zum Verlassen des nassen
Verfahrens geführt haben.
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Die Erfindung beseitigt die Nachteile des bislierigen pneumatischen
Verfahrens in weitgehendem Maße. Durch Erhöhung des Druckniveaus, beispielsweise
auf den lofachen Atmosphärendruck, werden Raumbedarf, Gewicht und Kosten der Verdichter,
Rohrleitung, Treibzylinder wesentlich herabgesetzt, obwohl noch eine Rückkühlanlage
für das Kreislaufgas hinzukommt. Bei den kleinen Abmessungen sind relativ größere
Querschnitte in Ventilen und sonstigen Strömungswegen leicht zu verwirklichen und
damit die Strömungswiderstände zu ermäßigen. Es ermöglicht ferner die Herabsetzung
des Druckverhältnisses und damit, durch ein besseres Verhältnis der mittleren zur
Höchstbelastung, einen besseren mechanischen Wirkungsgrad, ferner die Herabsetzung
der Verdichtungsendtemperatur, die einerseits geringere thermische Verluste im Verdichter,
andererseits eine höhere Ausnutzung der Motorabgase gestattet.
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Die Verwendung eines Gases gemäß Anspruch gibt weiterhin Möglichkeiten
zur Verbesserung des pneumatischen Verfahrens. Gedacht ist hier vorzugsweise an
die Verwendung von Methan oder eines methanreichen Gasgemisches. Gase mit niedrigrerem
Verdichtungsexponenten ergeben niedrigrere Endtemperaturen und damit wiederum bessere
Ausnutzungder Motorabgase und verringerte thermische Verluste im Verdichter. Geringeres
spezifisches Gewicht ergibt geringere Widerstandsverluste und hohe Wärmeübergangszablen,
geringere Abmessungen und Gewichte der Erhitzer und Rückkühlanlage. Es ist nicht
erforderlich, daß das gewählte Gas, z. B. Wasserstoff, alle drei der erwähnten Eigenschaften
zugleich haben muß.
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Das aus den Treibzylindern kommende Gas wird zunächst in einem besonderen
Kühler mittels atmospliärischer Luft, soweit es inwirtschaftlicherWeise geschehen
kann, abgekühlt. Die nachfolgende weitere Kühlung mit Hilfe eines besonderen Kühlmittels
vor oder im Verdichter verringert die Endtemperatur des Verdichters und gibt damit
die Möglichkeit zu weiterer Ausnutzung der Motorabgase; sie vermehrt auch das mit
der gleichen Leistung geförderte Gewicht des Arbeitsmittels und verbessert auch
in dieser Hinsicht den Wirkungsgrad.
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Sowohl in der Kolbendampfmaschine als auch bei den bisherigen Motorlokomotiven
mit pneumatischer Übertragung würde die Vergrößerung des Drehmoments an den Treibachsen
bzw. der Zugkraft erzielt durch größere Füllung der Treibzylinder mit Hilfe einer
veränderlichen Steuerung, und zwar naturgemäß bei gleichbleibendem Dampf bzw. Gaseintrittsdruck
und dem Atmosphärendruck als Gegendruck. Diese Art der Drehmomentänderung bedingt
aber einen erheblichen Verlust durch unvollständige Entspannung des Dampfes bzw.
des Treibgases. Bei der Erfindung ergibt sich aber eine Möglichkeit der Drehmomentänderung
ohne diese Verluste, indem nämlich der mittlere Druck in den Treibzylindern dadurch
verändert wird, daß das Druckniveau verändert wird. Arbeitet beispielsweise der
Treibzylinder bei voller Geschwindigkeit und Leistung mit dem Eintrittsdruck 40
und dem Austrittsdruck to at, so kann das Drehmoment bei gleicher Leistung dadurch
erhöht werden, daß der Eintrittsdruck auf 6o und der Austrittsdruck auf 15 at heraufgesetzt
wird, also bei gleichem Druckverhältnis. Erzielt wird dies dadurch, daß aus einem
Vorratsbehälter gespeichertes Druckgäs in den Kreislauf eingeführt wird bis zur
Auffüllung auf den entsprechenden Druck. Damit durch diese Heraufsetzung des Eintritts-
und Austrittsdrucks keine Steigerung des mittleren indizierten Drucks bzw. der Antriebsleistung
am Verdichter eintritt, wird gleichzeitig das Fördervolumen (bezogen auf den Ansaugdruck)
durch eine der bekannten Verdichterregulierungsarten herabgesetzt. Zur Herabsetzung
der Zugkraft unter die normale unter Beibehaltung der vollen Leistung muß allerdings
die Füllung vermindert werden.
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Bekannt ist (durchPatent424817), denEintrittsdruck herabzusetzen unter
Beibehaltung des Austrittsdrucks, doch dient dieses Verfahren nur .zur Herabsetzung
der Zugkraft bei voller Leistung und bedingt eine entsprechende Überdimensionierung
des Verdichter-Motor-Aggregats; es hat mit wirtschaftlicher Erhöhung der Zugkraft
nichts zu tun.
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Es wurde auch bereits vorgeschlagen, Luft im Kreislaufverfahren zu
verwenden, um mit veränderlichem Saugdruck des Verdichters arbeiten zu können. Der
Zweck war aber ein ganz anderer als bei der Erfindung. Beabsichtigt und erzielt
wurde damit eine Regulierung des Motor-Verdichter-Aggregats bei gleichbleibender
Drehzahl. Wirtschaftlicher als Teilbelastungen des Motors bei gleichbleibender Drehzahl
ist aber gleichbleibendes Drehmoment bei herabgesetzter Drehzahl sowohl hinsichtlich
der Strömungswiderstände als auch hinsichtlich des mechanischen Wirkungsgrades.
Die Zugkraft muß bei diesem Vorschlag durch die sonst bei Lokomotiven übliche Steuerung
mit Füllungsänderung erfolgen. Wenn hohe Zugkraft aber nur geringe Leistung verlangen
wird, so wird die Zugkraftänderung noch unwirtschaftlicher (vergrößerte Füllung
bei verringertem Gegendruck) als bei Auspuff in die Atmosphäre. Demgegenüber bezweckt
die
Erfindung im _'lnspruch 4, auch bei kleiner Leistung hohe Zugkraft in wirtschaftlicher
Weise zti erzielen.