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Fahrzeugantrieb mittels Strömungsgetriebe, vorzugsweise für Schienenfahrzeuge
Gegenstand der Hauptpatentanmeldung V 8959 XII / 47h ist ein hydrodynamisches Getriebe
mit wenigstens zwei verschiedenen Geschwindigkeitsbereichen zugeordneten Strömungswandlern
oder aber mit wenigstens einem Wandler mit vorgeschaltetem mechanischem Wechselgetriebe,
das mindestens zwei Wandlergänge ermöglicht, insbesondere für Schienentriebfahrzeuge,
wobei wenigstens einer dieser Wandlergänge für nur einen Teil der vollen Motorleistung
ausgelegt ist, während der bzw. die übrigen Wandlergänge für die volle Motorleistung
bemessen sind. Der erstgenannte Gang ist nach dem Hauptpatent hauptsächlich zum
Rangieren etwa von Schienenfahrzeugen vorgesehen und daher dort als »Rangiergang«
bezeichnet. Zur Erzielung der unterschiedlichen Leistungsaufnahme der Wandlergänge
kann also je ein gesonderter, nur für jeweils einen einzigen Gang dienender Wandler
vorgesehen sein, oder es wird einem Strömungswandler ein Zahnräderwechselgetriebe
vorgeschaltet, wodurch die Eingangsdrehzahl dieses Wandlers vermindert und damit
auch seine Aufnahmeleistung auf den für den Rangiergang gewünschten Bruchteil der
vollen Motorleistung reduziert wird.
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Die Erfindung macht nun davon Gebrauch, daß im Rangiergang, der nachstehend
als »Kriechgang« bezeichnet wird, bei nur kleiner Abtriebs- und Fahrgeschwindigkeit
dem Motor nur ein Teil seiner vollen Leistung abverlangt wird. Durch die Erfindung
wird das obengenannte Getriebe für ein besonderes und zusätzliches Verwendungsgebiet
geeignet gemacht, wodurch der Gegenstand des Hauptpatents eine zweckmäßige weitere
Ausbildung erfährt. Die Erfindung besteht darin, daß das nach dem Hauptpatent ausgebildete
Fahrzeug-Strömungsgetriebe auf einen Brennkraftmaschinenantrieb angewendet wird,
der zeitweise bei geringer Fahrgeschwindigkeit (analog dem Kriechgang fortan als
»Kriechfahrt« bezeichnet wird) zusätzlich noch eine Arbeitsmaschine mit erheblichem
Leistungsbedarf antreibt, und daß ferner diese Arbeitsmaschine mit dem Antriebsmotor
unabhängig von den für den Fahrwerksantrieb vorgesehenen Strömungskreisläufen in
Triebverbindung steht. Als unabhängige Triebverbindung sei hierbei eine solche verstanden,
die nicht über die für den Fahrwerksantrieb vorgesehenen Strömungskreisläufe verläuft;
der Leistungsanteil der Arbeitsmaschine wird also nicht über die letztgenannten
Kreisläufe geführt.
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Der erfindungsgemäße Antrieb kommt hauptsächlich bei Triebfahrzeugen
für Sonderzwecke in Frage, bei denen neben dem normalen Fahrbetrieb - mit verhältnismäßig
großer Fahrgeschwindigkeit und gutem Wirkungsgrad - außerdem zeitweise ein Betriebszustand
erzielbar sein soll, bei dem bei sehr geringer Fahrgeschwindigkeit, mitunter bei
nur Schrittgeschwindigkeit (Kriechfahrt) von dem Antriebsmotor zusätzlich noch eine
Arbeitsmaschine als zweiter Energieverbraucher mit erheblichem Leistungsbedarf anzutreiben
ist. Dieser zusätzliche Verbraucher kann beispielsweise eine Gleisbaumaschine oder
etwa ein elektrischer Generator für eine solche oder ähnliche Arbeitsmaschine sein
und benötigt mitunter 60 bis 80'% der vollen Motorleistung. Würde hierbei die Antriebseinrichtung
eine Brennkraftmaschine sowie ein lediglich übliches Strömungsgetriebe mit nicht
regelbaren Turbokreisläufen für das Fahrtriebwerk aufweisen, dann bereitete das
gewünschte Verteilen der Motorleistung einerseits auf das Fahrtriebwerk und andererseits
auf die Arbeitsmaschine erhebliche Schwierigkeiten, da ja die Strömungskreisläufe
bei voller Motordrehzahl stets zwangläufig auch die gesamte Motorleistung aufnehmen;
es wäre in diesem Falle bei Betrieb mit voller oder fast voller Motorleistung nicht
ohne weiteres möglich, einen nur geringen Teil der Motorleistung dem Fahrtriebwerk
und die übrige Leistung der Arbeitsmaschine zuzuführen.
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Die Erfindung ermöglicht es dagegen, bei gleichzeitigem Betrieb des
Fahrwerkes und der Arbeitsmaschine den nur für einen Teil der vollen Motorleistung
ausgelegten Kriechgang einzuschalten; dieser Kriechgang nimmt dann selbst bei höchster
Motordrehzahl nur einen geringen Teil, beispielsweise nur
20 bis
30% der vollen Motorleistung auf und überträgt auch nur diesen Teil zur Fortbewegung
des Fahrzeuges auf das Fahrwerk. Für die zugleich eingeschaltete Arbeitsmaschine
verbleibt dann die restliche Motorleistung, bei dem vorgenannten Beispiel also 80
bis 70%, wobei der Motor dabei nicht überlastet wird. Selbstverständlich ist es
auch ohne weiteres möglich und zulässig, die Arbeitsmaschine bei Fahrzeugstillstand
zu betreiben.
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Für die Fahrzeugfortbewegung allein, also bei ausgeschalteter Arbeitsmaschine,
werden die wie üblich für die volle Motorleistung ausgelegten Gänge des Strömungsgetriebes
verwendet, die dann von einfacher Bauart sein können und große Betriebssicherheit,
Zugkraft und Wirkungsgrade ergeben.
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Hinsichtlich der Bemessung besteht eine zweckmäßige Ausführung nach
der Erfindung darin, daß der nur für einen Teil der vollen Motorleistung ausgelegte
Wandlergang (Kriechgang) und die Arbeitsmaschine bzw. ein Generator für die Arbeitsmaschine
beide zusammen bei der der vollen Arbeitsmaschinendrehzahl entsprechenden Motordrehzahl
eine Leistung aufnehmen, die der des Antriebsmotors bei dieser Drehzahl und maximaler
Brennstoffzufuhr entspricht. Auf diese Weise kann auch bei Betrieb der Arbeitsmaschine
die maximale Motorleistung ausgenutzt-werden.
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In zahlreichen Anwendungsfällen soll bei etwa konstanter Arbeitsmaschinen-
und Motordrehzahl die Kriechgeschwindigkeit willkürlich und vor allem sehr feinfühlig
veränderbar sein. Bei dem eingangs erwähnten Beispiel eines Triebfahrzeuges mit
einer Gleisbaumaschine kann z. B. erforderlich sein, daß die Fahrgeschwindigkeit
auch auf kleinste Werte und schnell einregelbar und dabei unter Umständen sogar
auf Null (Fahrzeugstillstand) einstellbar ist. Für so hohe Ansprüche reicht dann
die Regelung allein durch Einschalten des Kriechganges und durch Steuern des Verbrennungsmotors
nicht mehr aus. In solchen Fällen wird der Strömungswandler des Kriechganges mit
einer Regeleinrichtung zur Regelung seiner Leistungsaufnahme versehen. Die Regeleinrichtung
kann dabei, wie bekannt, verschwenkbare Leit- oder Laufschaufeln, verschiebbare
Schaufelkränze usw. aufweisen. Da der Kriechgang nur einen geringen Teil (20 bis
300/0) der Gesamtleistung zu übertragen hat und somit sein Wirkungsgrad nur eine
untergeordnete Rolle spielt, ist sogar eine Füllungsregelung des Kriechwandlers
denkbar. Besonders vorteilhaft ist eine Regelung mit Ringschieber, da sie konstruktiv
einfach und billig ist und trotzdem den Betriebserfordernissen gerecht wird.
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Ferner kann zur Vermeidung einer falschen Bedienung die Schaltvorrichtung
für die Antriebsanlage so ausgebildet sein, daß der Fahrwerkantrieb nur im Kriechgang
gleichzeitig mit der Arbeitsmaschine bzw. dem Generator einschaltbar ist. Ein Überlasten
des Motors oder etwa eine Beschädigung der Arbeitsmaschine durch gleichzeitiges
Einschalten der letzteren und eines schnellen Fahrganges ist dann ausgeschlossen.
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Die Erfindung kommt, wie eingangs bereits gesagt wurde, vorzugsweise
für Schienentriebfahrzeuge in Frage.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen
erläutert. Hierbei zeigt F i g. 1 das Schema eines Schienentriebfahrzeuges mit einem
Verbrennungsmotor, einem Strömungsgetriebe für das Fahrwerk sowie einem zwischen
Motor und Strömungsgetriebe geschalteten, dauernd angetriebenen elektrischen Generator,
F i g. 2 die Hauptteile einer etwas abgewandelten Antriebsanlage in vergrößerter
Darstellung, wobei der elektrische Generator über eine regelbare Strömungskupplung
mit der Primärwelle des Strömungsgetriebes in Verbindung steht, F i g. 3 das Antriebsschema
einer dritten Ausführungsvariante, wobei der Kriechwandler des Strömungsgetriebes
regelbar ist und der elektrische Generator von dem Verbrennungsmotor über eine Schalt-Lamellenkupplung
angetrieben wird, F i g. 4 nähere Einzelheiten des Strömungsgetriebes des Antriebes
nach F i g. 3 und F i g. 5 ein Drehzahl-Leistungs-Diagramm für den Antrieb nach
F i g. 3 und 4.
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Bei dem Schienentriebfahrzeug nach F i g. 1 treibt der Verbrennungsmotor
1 über die Zwischenwelle 2, den Anker des elektrischen Generators 3, die Zwischenwelle
4, das Strömungsgetriebe 5, das mechanische Wendegetriebe 6, ferner über nicht näher
bezeichnete Kardanwellen, Zwischengetriebe und Achsgetriebe die Treibachsen 7, 8
und 9 an. Der Anker des Generators 3 läuft in diesem Falle dauernd mit der Kurbelwelle
des Verbrennungsmotors 1 um, durch Unwirksammachen der Erregung des Generators 3
lassen sich aber seine Stromerzeugung und Leistungsaufnahme ausschalten. Der Generator
3 speist den Elektromotor 10, der die darunter liegende Arbeitsmaschine
11, beispielsweise eine Gleisstopfmaschine, antreibt.
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Das Strömungsgetriebe 5 weist einen Kriechwandler 12 auf, der
selbst bei voller Motordrehzahl nur einen Bruchteil der vollen Motorleistung, beispielsweise
20 oder 300;0 aufnimmt und dann eingeschaltet wird, wenn bei Kriechfahrt der Generator
3 in Betrieb ist; für letzteren verbleiben dann 80 bzw. 70% der vollen Motorleistung.
Der Strömungswandler 13 und die Strömungskupplung 14 sind so ausgelegt, daß sie
je allein die volle Motorleistung aufnehmen können und soweit dem normalen ersten
und zweiten Fahrgang entsprechen. Nähere Einzelheiten des Strömungsgetriebes sind
aus F i g. 2 ersichtlich, die ein derartiges Getriebe in größerem Maßstab zeigt.
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Die bei sehr geringer Fahrgeschwindigkeit und eventuell auch bei Stillstand
anzutreibende Arbeitsmaschine kann beispielsweise auch ein Verladekran oder etwa
eine Schneeschleuder sein. Vielfach wird die Arbeitsmaschine zweckmäßig auf einem
Anhänger untergebracht, dem dann der Generatorstrom über die in F i g. 1 gestrichelt
dargestellten Leitungen 15 und Kupplungsanschlüsse 16 zugeführt wird. In diesem
Fall ist das Triebfahrzeug nicht nur für den vorbeschriebenen Sonderzweck verwendbar,
sondern es kann auch ohne wesentlichen Nachteil - etwa durch zu großes Leergewicht
- zum normalen Zugdienst herangezogen werden. Außerdem erleichtert eine solche Bauart
das Fertigen in Serie, da dann die Triebfahrzeug-Konstruktion ohne wesentliche Änderung
sowohl für den normalen Zugdienst als auch für den Sonderzweck mit Arbeitsmaschinenbetrieb
anwendbar ist.
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Bei der abgewandelten Antriebsanlage nach F i g. 2 treibt der Verbrennungsmotor
21 über eine Zwischenwelle unmittelbar das Strömungsgetriebe 22 an. Dieses weist
wiederum einen Strömungswandler 23
und eine Strömungskupplung 24
auf, die je für die volle Motorleistung ausgelegt sind und im ersten bzw. zweiten
normalen Fahrgang eingeschaltet werden. Der Kriechwandler 25 ist wesentlich kleiner
als die beiden vorgenannten Strömungskreisläufe dimensioniert. Da außerdem die Pumpenräder
sämtlicher Strömungskreisläufe auf der gemeinsamen, über den Zahnradhochgang 26
mit dem Verbrennungsmotor 21 in Verbindung stehenden Primärwelle 27 angeordnet sind,
nimmt demzufolge der Kriechwandler 25 selbst bei höchster Motordrehzahl nur einen
Bruchteil der vollen Motorleistung auf. Seine Wirkungsgrade sind daher von untergeordneter
Bedeutung, und er kann eine einfache, billige Bauweise und Beschaufelung aufweisen.
Aus diesem Grunde dürfte diese Ausführungsvariante mit einem gesonderten Kriechwandler
geringere Herstellungskosten verursachen als eine zweite Variante, die einen einem
Wandler vorgeschalteten wechselbaren Hochgang aufweist. Die Turbinenräder sämtlicher
Kreisläufe sind ebenfalls untereinander verbunden und geben ihr Drehmoment über
die Hohlwelle 28 und die Zahnradstufe 29 an das angedeutete Zahnräderwendegetriebe
30 und von dort an die Kardanwellen 31 und die hier nicht dargestellten Treibachsen
ab.
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Der Antrieb der Arbeitsmaschine bzw. des zugehörigen elektrischen
Generators 32 erfolgt in dem vorliegenden Fall abweichend von F i g. 1 von der Primärwelle
27 des Strömungsgetriebes 22 aus über eine vorzugsweise im Betrieb schaltbare Strömungskupplung
33. Infolge des Hochganges 26 ist dann die Generatordrehzahl größer als die Antriebsmotor-Drehzahl,
so daß der Generator 32 kleiner gebaut werden kann als bei einer Anordnung nach
F i g. 1. Die Strömungskupplung 33 ist in bekannter Weise durch eine Schöpfrohreinrichtung
34 regelbar und ermöglicht ein Ein- und Ausschalten des Generators 32 sowie ein
Regulieren seiner Drehzahl.
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Bei der Antriebsanordnung nach F i g. 3 weist das vom Verbrennungsmotor
41 angetriebene Strömungsgetriebe 42 einen regelbaren Kriechwandler 43 sowie die
normalen Fahrwandler 44 und 45 auf. Nähere Einzelheiten dieses Strömungsgetriebes
42 sind im Zusammenhang mit der Erläuterung zu F i g. 4 beschrieben. 46 ist wiederum
ein nachgeschaltetes mechanisches Wendegetriebe.
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Die Arbeitsmaschine bzw. deren elektrischer Generator 47 wird hier
von der dem Strömungsgetriebe 42 abgewandten Stirnseite des Verbrennungsmotors 41
über eine vorzugsweise im Betrieb ein- und ausschaltbare Lamellenkupplung 48 od.
dgl. angetrieben. 49 stellt einen Riemen-Nebenabtrieb für den Kühlventilator 50
dar.
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F i g. 4 zeigt das Strömungsgetriebe 42 des Antriebes nach F i g.
3 in vergrößertem Maßstabe. Über den Zahnradhochgang 51 wird die die Pumpenräder
sämtlicher Strömungskreisläufe tragende Primärwelle 52 angetrieben. Das Turbinenrad
des für die volle Motorleistung bemessenen ersten Wandlers 44 steht über die Zahnradstufe
53 mit der Abtriebswelle 54 in Verbindung. Dieser Wandler 44 ist einschließlich
der Zahnradstufe 53 dem ersten normalen Fahrgang zugeordnet. Das Turbinenrad des
ebenfalls für die volle Motorleistung ausgelegten zweiten Wandlers 45 steht über
eine zweite Zahnradstufe 55 (und zwar mit geringerer Untersetzung als die Zahnradstufe
53) mit der Abtriebswelle 54 in Verbindung. Diese Teile gehören zum Kraftfluß im
zweiten normalen Fahrgang. Der Kriechwandler 43 nimmt infolge seines wesentlich
kleineren Durchmessers beispielsweise höchstens 2511/o der vollen Motorleistung
auf und bedient sich derselben Zahnradübersetzung 53, wie dies beim ersten normalen
Fahrgang der Fall ist. Der Kriechwandler 43 ist außerdem mittels des axial verschiebbaren
Ringschiebers 56 und des Hebels 57 in seiner Leistungsaufnahme regelbar, so daß
bei konstanter Drehzahl des Verbrennungsmotors und des Generators die Kriechgeschwindigkeit
verändert werden kann.
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Zwecks wirtschaftlicher Fertigung ist das Getriebe nach dem Baukastenprinzip
ausgebildet, indem für die auf die volle Motorleistung ausgelegten Fahrgänge ein
normales handelsübliches und serienmäßig hergestelltes Zweigangströmungsgetriebe
verwendet wird, das also in dem vorliegenden Falle die Wandler 44 und 45, den Hochgang
51, die Zahnradstufen 53 und 55 sowie die zugehörigen Wellen und Lager und das Gehäuse
58 umfaßt. Es braucht dann lediglich noch ein kleines Zusatzgetriebegehäuse 59,
das den Kriechwandler 43 aufweist, in Sonderfertigung hergestellt und an das serienmäßige
Getriebe angeflanscht zu werden.
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F i g. 5 zeigt für den vorbeschriebenen Antrieb ein Drehzahl-Leistungs-Diagramm.
Hierbei ist auf der Abszisse die Drehzahl nmot des Verbrennungsmotors aufgetragen,
die der Primärdrehzahl der Strömungskreisläufe direkt proportional ist. Die Kurve
NMot stellt hierzu die bei jeweils voller Brennstoffüllung erzielbare Motorleistung
dar, während der Kurvenzug N44 = N45 die von den Wandlern 44 und
45 tatsächlich aufgenommene Leistung angibt. Im Betriebspunkt A, der beispielsweise
der maximalen Motordrehzahl von nmot = 1800 U/min entspricht, nimmt
somit sowohl der Wandler 44 als auch der Wandler 45 je die gesamte volle
Motorleistung von 650 PS auf. Da diese beiden Wandler 44 und 45 nicht
regelbar sind, ist ihre Leistungsaufnahme nicht verringerbar. Für den Betrieb des
Generators ist somit in diesem Betriebszustand keine Leistung verfügbar.
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Der Kriechwandler 43 nimmt eine Leistung nach der Kurve N43 auf, bei
der maximalen Motordrehzahl nmot = 1800 U/min also nur etwa 200 PS (Betriebspunkt
B). Es sind dann entsprechend der Strecke A-B noch 450 PS, also fast 70°/o der vollen
Motorleistung, für den Generatorantrieb verfügbar.
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Es sei jedoch angenommen, daß der Generator etwa mit Rücksicht auf
einen guten Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors bei der Motordrehzahl nmot
= 1400 U/min betrieben werden soll. Der Kriechwandler 43 nimmt dann nur noch
100 PS (Betriebspunkt D) auf, so daß der Generator gemäß der Strecke D-E für eine
Leistung von rund ebenfalls 450 PS ausgelegt sein kann.
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Anspruch 1 schützt nur die Gesamtkombination seiner sämtlichen Merkmale.
Die Ansprüche 3, 4 und 6 bis 10 gelten nur in Verbindung mit Anspruch 1.