DE867400C - Verfahren und Einrichtung zum Anfahren von Rotationslaeufern unter Last, insbesondere fuer Schienenfahrzeuge - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zum Anfahren von Rotationslaeufern unter Last, insbesondere fuer Schienenfahrzeuge

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DE867400C
DE867400C DEP23709A DEP0023709A DE867400C DE 867400 C DE867400 C DE 867400C DE P23709 A DEP23709 A DE P23709A DE P0023709 A DEP0023709 A DE P0023709A DE 867400 C DE867400 C DE 867400C
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DEP23709A
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Wilhelm Dipl-Ing Caesar
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61CLOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C9/00Locomotives or motor railcars characterised by the type of transmission system used; Transmission systems specially adapted for locomotives or motor railcars
    • B61C9/28Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with rotary prime movers, e.g. turbines
    • B61C9/30Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with rotary prime movers, e.g. turbines mechanical

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Description

  • Verfahren und Einrichtung zum Anfahren von Rotationsläufern unter Last, insbesondere für Schienenfahrzeuge Unter Rotationsläufern sind nachstehend Kraftmaschinen gemeint, deren antreibendes Glied beispielsweise der Läufer einer Dampfturbine, einer Gasturbine, gegebenenfalls einer Wasserturbine, der Anker eines Elektromotors oder die Schwungmasse eines Verbrennungsmotors ist. Diese Rotationsläufer können zwar alle unter Last anlaufen, jedoch nur mit schlechtem Wirkungsgrad unter hoher Beanspruchung; ihr günstigster Wirkungsgrad liegt im hohen Drehzahlbereich.
  • Beispielsweise ist bei einer Turbinenlokomotive die Turbine über eine Blindwelle und Kuppelstange mit den Treibrädern starr gekuppelt. Bei langen Fahrten mit hoher Fahrgeschwindigkeit sind hierbei Kohlenersparnisse gegenüber der gewöhnlichen Lokomotive zu erzielen. Beim Anfahren und beim langsamen Fahren oder beim Rangieren gehen diese Ersparnisse aber wieder verloren, da die nur bei hohen Drehzahlen mit günstigem Wirkungsgrad arbeitende Turbine dann der einfachen Kolbendampfmaschine unterlegen ist.
  • Dies läßt sich vermeiden, wenn zwischen der Turbine und den Treibrädern ein Wechselgetriebe eingeschaltet wird, so daß die Turbine immer mit der günstigsten hohen Drehzahl laufen kann. Der Betrieb erfordert aber hierfür ein stufenlos regelbares Getriebe.
  • Als weiteres Beispiel sei das Einschalten von Elektromotoren unter Last erwähnt. Die verbreitetsten Elektromotoren sind die einfachen Wechselstrom- oder Drehstromsynchronmotoren (Kurzschlußläufer). Müssen diese Motoren unter Last "anlaufen oder handelt es sich um größere Motoren, so sind besondere Änlaßhilfen erforderlich, um die Anlaßstromstärke zur Vermeidung einer Beschädigung der Motorwicklung zu begrenzen. Eine Drehzahlregelung ist durchweg nicht vorhanden oder ist über einen größeren oder den ganzen Drehzahlbereich mit elektrischen Mitteln ohne größere Verluste nur schwer durchführbar. Bekannt ist hier die teure Ward-Leonard-Schaltung, bei der die Antriebsmaschine als Gleichstrommotor ausgebildet ist, wobei dieser Maschine ein von einem Drehstromsynchronmotor mit gleichbleibender Drehzahl angetriebener Gleichstromgenerator vorgeschaltet ist.
  • Es ist bereits ein ohne .Reibräder mit dauernd zwangsläufig im Eingriff befindlichen Zahnrädern arbeitendes Getriebe bekanntgeworden, das ein dreiseitiges- Getriebe mit Antrieb, Abtrieb und Regelung darstellt. Die Regelung wird hierbei von einer selbsthemmenden oder fast selbsthemmenden Schnecke mit regelbarer Drehzahl gesteuert, die von einem kleinen Elektromotor angetrieben wird. Mit der Verwendung dieses Getriebes bei Rotationsläufern könnten bei gleichbleibender günstiger Drehzahl alle Fahrgeschwindigkeiten erreicht werden, -da mittels der Regelschnecke die jeweils notwendige Drehzahl des Abtriebs eingestellt werden kann. Wenn das Fährzeug stillsteht, muß die Regelschnecke ebenfalls mit einer ganz bestimmten Drehzahl umlaufen. Die Schwierigkeit der Verwendung eines solchen Getriebes bei Rotationsläufern besteht nun darin, die richtige Drehzahl der Regelschnecke beim Anfahren einzustellen: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren und Betrieb von vorzugsweise im hohen Drehzahlbereich einen günstigen Wirkungsgrad aufweisenden, unter Last anlaufenden Arbeitsmaschinen mit Rotationskörper, bei denen zwischen dem Rotationskörper und der Abtriebswelle ein dreiseitiges, Antriebs-, Abtriebs- und Regelungsseite enthaltendes Getriebe eingeschaltet. ist, dessen Regelungsseite mittels einer selbsthemmenden oder fast selbsthemmenden Schnecke mit regelbarer Drehzahl gesteuert wird, insbesondere für Schienenfahrzeuge, und besteht darin, däß vor dem Einschalten des Arbeitsganges der Rotationskörper durch Einschalten der Regelschnecke bei stillstehender Arbeitswelle etwa auf Leerlauf- oder Betriebsdrehzahl gebracht wird- und nach Erreichen dieser Drehzahl bei gleichzeitigem oder vorherigem Absenken der Drehzahl, Auslaufen und/oder Ausschalten der Regelschnecke der Arbeitsgang des Rotationskörpers eingeschaltet wird.
  • In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
  • Abb. i zeigt ein von einer Dämpfturbine angetriebenes Fahrzeug in Seitenansicht, Abb. ia das Regelgetriebe im Schnitt; Abb.2 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel ein von einer Dampfturbine angetriebenes Fahrzeug in Draufsicht; Abb. 3 a zeigt einen Elektromotor mit Regelgetriebe im Längsschnitt; Abb: 3 b zeigt einen Schnitt in Richtung 3-3 der Abb. 3 a, Abb.4a einen Straßenbahnkontroller in Seitenansicht und Abb.4b die Schaltscheibe zum Kontroller nach Abb. 4a.
  • In Abb. i bedeutet I die Turbine, an deren Rotationskörper außerhalb der Turbine eine Schnecke S gelagert ist, die von dem mit dem Rotationskörper umlaufenden Hilfsmotor H angetrieben wird und die mit dem auf der Antriebswelle III angeordneten Schneckenrad SR im Eingriff steht.
  • Zur Inbetriebnahme des Fahrzeugs wird die Regelschnecke S durch Einschalten des Elektromotors H in Umdrehung versetzt. Da die Abtriebswelle III stillsteht, wird der Rotationskörper der Turbine I angefahren, bis derselbe etwa Leerlaufdrehzahl erreicht hat, Der Turbine I kann hierbei gegebenenfalls ium Anwärmen und zur Unterstützung, etwa durch eine Drosselscheibe, die Leerlaufdampfrnenge zugeführt werden. Ein mit dem kötatiönskörper der Turbine I gekuppelter Regler regelt dabei die Drehzahl der Turbine.
  • Das Fahrzeug ist nun zum Anfahren unter Last bereit. Der Turbine wird die notwendige Dampfmenge zugeführt, und zum nachfolgenden Anfahren wird die Drehzahl der Regelschnecke S gedrosselt, in welchem Augenblick das Fahrzeug anfährt und seine Höchstgeschwindigkeit erreicht; wenn die Schnecke S stillsteht. Um die Größe der Anfahrbeschleunigung zu begrenzen und ein ruckweises Anfahren zu vermeiden, kann auf der Achse der Regelschnecke S ein Massenschwungrad M angeordnet sein.
  • Durch Regeln der Umlaufgeschwindigkeit der Regelschnecke S kann nun jede beliebige Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs erreicht werden.
  • Die Abb. 2 zeigt im Gegensatz zur Abb. i den Hilfsantrieb fest mit dem Maschinengestell verbunden. Gleichzeitig zeigt diese Abbildung, wie die Anordnung zu treffen ist, wenn zwei nebeneinander angeordnete Antriebsmaschinen mittels eines Hilfsantriebs gesteuert werden.
  • Zwischen dem Rotationskörper der Turbine I und der zu dem Triebrad führenden Antriebswelle III ist das dreiseitige Drehzahiminderungsgetriebe als Planetengetriebe mit dem Differentialgetriebekäfig DK eingeschaltet. Im Differentialgetriebekäfig DK ist die in Achsrichtung angeordnete Regelschnecke S gelagert, die das Abwälzen des Planetenrades steuert. Der Antrieb der Regelschnecke S erfolgt für die beiden nebeneinander angeordneten Turbinen I gemeinsam von dem als feinregelbare Dampfturbine ausgebildeten Hilfsantrieb H über je ein Hilfsdifferential D und je eine lose Zahnradscheibe 2.
  • Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende: Vor dem Anfahren wird der Rotationskörper der Turbine I durch Anlassen der Hilfsturbine H auf Leerlaufdrehzahl gebracht. Der Käfig des Hilfsdifferentials D wird von dem auf der Welle des Rotationskörpers I festsitzenden Zahnrad i festgehalten und damit die Drehbewegung der Hilfsturbine H über das Hilfsdifferential D und die Zahnradscheibe a auf die Regelschnecke S übertragen. Da die Antriebswelle III feststeht, wird der Rotationskörper I gedreht, bis die Leerlaufdrehzahl erreicht ist. Die Maschine ist jetzt klar zum Anfahren und wird durch Minderung der Drehzahl der Hilfsturbine H und damit der Regelschnecke S angefahren. Bei Höchstgeschwindigkeit steht die Hilfsturbine H und die Regelschnecke S still. Antrieb I und Abtrieb III ist hierbei direkt gekuppelt. Die lose Zahnradscheibe a läuft hierbei genau so schnell um wie der Differentialgetriebekäfig DK und damit auch wie die Antriebswelle I und Abtriebswelle III. Das Hilfsdifferential läuft bei stillstehender Hilfsturbine H mit einer gewissen Umdrehungszahl um.
  • Die Anordnung der Regelschnecke S mit Differentialgetriebekäfig DK ergibt einen höchst erwünschten Reversiereffekt. Wenn nämlich nach Erreichen der Anfahrbereitschaft der Maschine die Drehzahl der Hilfsturbine erhöht wird, fährt die Maschine rückwärts. Höchstgeschwindigkeit wird hierbei erreicht, wenn die Hilfsturbine H eine solche Drehzahl besitzt, daß der Differentialgetriebekäfig DK gegenüber dem Maschinengehäuse stillsteht. Auch dieses kann mit der Regelschnecke S, also mit geringer Antriebsleistung der Hilfsturbine H, verwirklicht werden. Damit entfällt die Anordnung einer besonderen Rückwärtsstufe für die Hauptturbine I.
  • Eine weitere Möglichkeit für die Anordnung eines Rückwärtsganges besteht, wenn der Abtrieb III vom Differentialgetriebekäfig DK erfolgt. In diesem Fall müßten in dem Planetengetriebe Sonnenräder von verschiedenem Durchmesser verwendet werden.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 a und 3 b ist an dem Rotationskörper eines Elektromotors ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i eine Regelschnecke S gelagert, die von dem mit dem Rotationskörper umlaufenden Hilfsmotor H angetrieben wird und die mit dem auf der Abtriebswelle III angeordneten Schneckenrad SR im Eingriff steht. Zum Anfahren des Elektromotors wird der Hilfsmotor H eingeschaltet und der Rotationskörper I auf annähernd synchrone Drehzahl gebracht. Sobald diese Drehzahl erreicht ist, wird der Hilfsmotor H ausgeschaltet und der Elektromotor mit Strom aus dem Netz gespeist. Zur Begrenzung der Anfahrbeschleunigung kann auch in diesem Fall auf der Welle der Regelschnecke S ein Massenschwungrad jll angeordnet sein.
  • Zur Drehzahlregelung des Elektromotors kann der Hilfsmotor H in üblicher Weise als Wechselstrommotor gesteuert werden. Der Hilfsmotor kann auch auf Gleichstrom umgeschaltet werden, wobei der Gleichstrom hierzu von einem kleinen, an den Hauptmotor angeschlossenen Gleichstromgenerator bezogen werden kann.
  • Bei einer solchen Maschine ist das Fernanlassen und Fernsteuern leicht möglich. So kann beispielsweise beim Fernanlassen die Anordnung so getroffen werden, daß zuerst der Hilfsmotor H eingeschaltet wird, worauf nach einer bestimmten Zeit, die für das Anfahren notwendig ist, das Einschalten des Elektromotors und das Ausschalten des Hilfsmotors H erfolgt.
  • Die Anordnung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist insbesondere bei elektrischen Fahrzeugen vorteilhaft. Solche elektrisch getriebenen Fahrzeuge, beispielsweise Straßenbahnen, sind bisher trotz bekannter anderer Möglichkeiten fast durchweg mit Gleichstrom betrieben worden. Es bedarf zur Anwendung der Erfindung außer der Getriebeanordnung beispielsweise lediglich eines Kontrollers nach Abb. q.a und q.b, wie er bei Straßenbahnen üblich ist. In der Stellung oo ist alles ausgeschaltet. In der Stellung o wird der Hilfsmötor H eingeschaltet, das Fahrzeug ist fahrbereit. In der Stellung i wird der Fahrmotor eingeschaltet. In den Stellungen i bis 6 wird die Drehzahl des Hilfsmotors H allmählich bis auf o gedrosselt, wodurch die verschiedenen Fahrgeschwindigkeiten des Fahrzeugs erreicht werden. Der Hilfsmotor H kann entweder als Wechselstrommotor arbeiten, wobei beispielsweise durch Widerstandsregelung des Ankerstroms die Drehzahl geändert wird, oder indem in der Stellung :2 auf Gleichstrom umgeschaltet wird. Das Rückwärtsfahren kann leicht durch Umpolen mit einem besonderen Schalthebel erreicht werden.
  • In gleicher Weise können auch die Drehzahlen stationärer Anlagen stufenlos geregelt werden. Das Anfahren nach der Erfindung kann auch für Verbrennungsmotoren verwendet werden. An Stelle des Rotationsläufers erhält der Motor ein Schwungrad, an dem der Hilfsantrieb angreift.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Anfahren von vorzugsweise im hohen Drehzahlbereich einen günstigen Wirkungsgrad aufweisenden, unter Last anlaufenden Arbeitsmaschinen mit Rotationskörper, bei denen zwischen dem Rotationskörper und der Abtriebswelle ein dreiseitiges, Antriebs-, Abtriebs- und Regelungsseite enthaltendes Getriebe eingeschaltet ist, dessen Regelungsseite mittels einer selbsthemmenden oder fast selbsthemmenden Schnecke mit regelbarer Drehzahl gesteuert wird, insbesondere für Schienenfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einschalten des Arbeitsganges der Rotationskörper (I) durch Einschalten der Regelschnecke (S) bei stillstehender Abtriebswelle (III) etwa auf Leerlauf- oder Betriebsdrehzahl gebracht wird und nach Erreichen dieser Drehzahl bei gleichzeitigem Absenken der Drehzahl, Auslaufen oder Ausschalten der Regelschnecke (S) der Arbeitsgang des Rotationskörpers eingeschaltet wird. z. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i für Turbinenantriebe, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Hauptturbine (I) durch einen Drehzahlregler (R) bei allen Drehzahlen der Abtriebswelle (III) bzw. bei allen Fahrgeschwindigkeiten auf einem den:günstigsten Wirkungsgrad gewährleistenden gleichbleibenden Wert gehalten wird. 3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i für Elektromotoren, insbesondere Wechselstrom- oder Drehstromsynchronmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschnecke (S) durch einen mit aus dem Netz bezogenen Wechselstrom oder Drehstrom betriebenen Elektromotor (H) auf synchrone Drehzahl gebracht und dann abgeschaltet oder seine Drehzahl als Wechselstrommotor geregelt wird. q... Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsmotor (H) zur Feinregelung der Drehzahl des Hauptmötörs (I) auf Gleichstrom, der z. B. von einem an den Hauptmotor (I) angehängten Gleichstromgenerator bezogen wird, umgeschaltet wird. 5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i für Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet; daß mit der Motorwelle (T) eine Schwungmasse verbunden ist, an der das Hilfsgetriebe angreift. 6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehzahlminderungsgetriebe als Differentialgetriebe (DK) ausgebildet ist und die Drehzahl der Regelschnecke (S) nach Herstellung der Anfahrbereitschaft der Maschine zum Zweck des Rückwärtslaufs gesteigert wird. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschnecke (S) am Differentialgetriebekäfig (DK) gelagert ist. B. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Differentialgetriebekäfig (DK) die Abtriebswellc (III) verbunden ist und die Sonnenräder verschiedenen Durchmesser besitzen. g. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daB, zwei oder mehrere nebeneinander angeordnete Antriebe (I) von einem gemeinsamen Regelantrieb (H) gesteuert werden.
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