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Regeleinrichtung für eine Kraftübertragung, insbesondere für Schienenfahrzeuge
Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für eine Kraftübertragung mit einer
Brennkraftmaschine und einem Wechselgetriebe, dessen Umschaltungen durch eine selbsttätige
Vorrichtung durchgeführt werden. Dabei ist außerdem eine Einrichtung zur Veränderung
der Umschaltdrehzahlen in gleichem Sinne wie die Leistung der Antriebsmaschine vorgesehen,
wie sie neuerdings bei Kraftfahrzeugen zwecks Herabsetzung der auf die Fahrstrecke
(Kilometer) bezogenen Anzahl Umdrehungen und damit Verringerung der Abnutzung und
zur Erzielung niedrigeren Brennstoffverbrauchs bei Fahrt mit Teillast eingeführt
wurde. Eine derartige Einrichtung und Betriebsweise hat sich als -sehr vorteilhaft
gezeigt.
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Die Erfindung ist insbesondere für solche Kraftfahrzeuge bestimmt,
bei denen große Fahrzeuggewichte, hohe Antriebsleistungen und verhältnismäßig große
umlaufende Massen vorhanden sind und bei denen vielfach der Fahrzeugführer -den
Lauf der Antriebsmaschine nicht nach dem Gehör beurteilen kann oder bei denen, selbst
wenn das letztere an sich möglich ist, dem Fahrzeugführer die dauernde Beobachtung
des Gangs der Antriebsmaschine und die häufige Durchführung oder auch nur Einleitung
der Umschaltungen nicht zugemutet werden kann. Es kommt hinzu, daß auch beim geschicktesten
Fahrer und beim besten Willen die Umschaltungen nicht mit Sicherheit in dem für
den Betrieb günstigsten Zeitpunkt erfolgen. Es handelt sich dabei um Lokomotiven,
Eisenbahntriebwagen, Straßenbahnen, Großomnibusse usw. Bei solchen Fahrzeugen sind
selbsttätige Schaltvorrichtungen eine Notwendigkeit, zumal da z. B. bei einem Großstadtomnibus
täglich mehrere tausend Schaltungen erforderlich sind. Die selbsttätigen Schaltvorrichtungen
konnten sich aber bei diesen Fahrzeugen bisher noch nicht in größerem Umfang einführen,
u.
a. vor allem deshalb nicht, weil ohne die erwähnte Einrichtung zur Änderung der
Umschaltdrehzahlen entsprechend der Leistung die Antriebsmaschine bei Teillast mit
unnötig hohen Drehzahlen lief.
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Bei Straßenfahrzeugen kann dies im allgemeinen von dem Fahrzeugführer
durch Umschalten behoben werden, da er durch das Maschinengeräusch darauf aufmerksam
wird. Bei vielen Kraftfahrzeugen aber, vor allem bei Schienenfahrzeugen, ist dies
nicht möglich. Durch Änderung der Umschaltdrehzahlen entsprechend der Antriebsleistung
sind keinerlei zusätzliche Schaltungen durch den Fahrer zur Anpassung der Drehzahlen
mehr erforderlich. Diese erfolgt vielmehr zwangsläufig und genau im richtigen Zeitpunkt,
wie es durch den geübtesten Fahrer nicht geschehen könnte.
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Wenn bei einem Fahrzeug mit einer Kraftübertragung mit einer Einrichtung
zur Änderung der Umschaltdrehzahlen und selbsttätiger Schaltvorrichtung, die einerseits
einen Fahrbetrieb mit vollselbsttätiger Schaltweise ergibt und dadurch den Fahrzeugführer
außerordentlich entlastet und anderseits weitgehend Maschinenumdrehungen und Brennstoff
spart und .die Abnutzung verringert, während der Fahrt im beispielsweise vierten
Gang von sechs Gängen der Fahrzeugführer Gas wegnimmt und dadurch gleichzeitig die
Umschaltdrehzahlen herabgesetzt werden, werden sofort durch die selbsttätige Schaltvorrichtung
Aufwärtsschaltungen herbeigeführt zur Anpassung an die herabgesetzte Leistungsstufe
bei der gerade vorhandenen Fahrgeschwindigkeit. Die Drehzahl der Antriebsmaschine
wird entsprechend herabgesetzt. Wenn dann der Fahrzeugführer wieder Gas gibt, müssen
erst wieder die gleichen Schaltungen nach unten durchlaufen werden, bis das Fahrzeug
wieder im vorher benutzten Gang und mit der vorherigen Maschinenleistung fährt.
Dies hätte zur Folge, daß z. B. bei Lokomotiven oder Schienentriebwagen beim raschen
Durchfahren von Weichenstrecken in Bahnhöfen, bei Straßenfahrzeugen bei kurzen Gefällestrecken
usw. durch die selbsttätige Schaltvorrichtung Aufwärtsschaltungen veranlaßt würden,
die kurz nachhei wieder nach unten ablaufen müßten. Auch z. B. bei Omnibussen sind
bei kurzem Herabsetzen der Leistung ' im Verkehr zwecks Überholens oder Abbremsens
und unmittelbar darnach folgendem Wiedererhöhen der Leistung Aufwärtsschaltungen
und kurz darauffolgende Abwärtsschaltungen nicht erwünscht.
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Durch die Regeleinrichtung nach der Erfindung werden diese Nachteile
vermieden und unter vollständiger Beibehaltung der selbsttätigen Fahrweise Umschaltungen
verhindert, die nach dem Willen des Fahrzeugführers nicht notwendig sind, so daß
wie bei einem Fahrzeug mit Handschaltung durch den Fahrer, beim Wiedergasgeben sofort
wieder in der früheren Gangart und mit der vorher gefahrenen günstigsten Maschinendrehzahl
und -leistung weitergefahren werden kann.
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Nach der Erfindung wird eine durch den Fahrzeugführer ausgelöste Einrichtung
vorgesehen, durch welche beim Herabsetzen der Antriebsleistung die Einrichtung zur
Änderung der Umschaltdrehzahlen vorübergehend unwirksam gemacht wird.
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Die Erfindung kann mit Vorteil in der Weise verwirklicht werden, daß
in Verbindung mit der Einrichtung zur Änderung der Umschaltdrehzahlen eine Verzögerungsvorrichtung
angeordnet ist, durch welche beim Zurücknehmen des Leistungsregelgestänges die Betätigung
der Einrichtung zur Änderung der Umschaltdrehzahlen verzögert wird. In dieser Weise
ist die Erfindung vor allem z. B. für Omnibusse bestimmt.
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Für Schienenfahrzeuge und Straßenfahrzeuge mit ähnlichen Betriebsverhältnissen
wird mit Vorteil außer einer Einrichtung zur gleichzeitigen Änderung der Leistung
der Antriebsmaschine und der Umschaltdrehzahlen eine mit ihr zusammen arbeitende
Einrichtung vorgesehen, die lediglich zur Änderung der Antriebsleistung ohne gleichzeitige
Veränderung der Umschaltdrehzahlen dient. Diese letztere Einrichtung kann auch so
ausgebildet sein, daß durch sie eine zeitweilige Sperre bzw. (in Verbindung mit
einer Verzögerungseinrichtung) Verzögerung der Änderung der Umschaltdrehzahlen bewirkt
wird. Dabei wird bei vorübergehend notwendigem, verhältnismäßig kurzem Abdrosseln
der Antriebsleistung die erstere Einrichtung in der Betriebsstellung gelassen, was
insbesondere bei Betätigungseinrichtungen mit größeren Wegen (mehrere Handradumdrehungen)
zweckmäßig ist, und nur die zweite Einrichtung in die Nullstellung gebracht. Dadurch
werden die Umschaltdrehzahlen nicht verlegt. Es tritt also auch keine Aufwärtsschaltung
ein. Nach dem Wiedergasgeben steht dann ohne weiteres wieder die vorher gefahrene
Gangart, Maschinendrehzahl und Antriebsleistung zur Verfügung.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele einer Regeleinrichtung
nach der Erfindung schematisch, größtenteils im Schnitt gezeigt, und zwar in . Fig,
i für ein Straßenfahrzeug mit Einwirkung auf die Verstelleinrichtung der Brennstoffpumpe
des Dieselmotors dieses Fahrzeugs durch den Fuß des Fahrers und mit einer auf die
Einrichtung zur Änderung der Umschaltdrehzahlen einwirkenden Verzögerungsvorrichtung.
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In Fig. 2 ist eine Einrichtung nach der Erfindung für ein Schienenfahrzeug,
Lokomotive oder Triebwagen, wiedergegeben mit Verstelleinrichtung für die Brennstoffpumpe
und für die Beeinflussung der Umschaltdrehzahlen durch mehrfache Umdrehung eines
Handrads und mit einer Einrichtung zur Leistungsänderung ohne Veränderung der Umschaltdrehzahlen.
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In Fig. i bedeuten: i eine Dieselmaschine mit der Brennstoffpumpe
2. Von der Dieselmaschine i wird über die Welle 3 ein Wechselgetriebe 4 angetrieben,
dessen Umschaltungen durch die Druckölzylinder 5 und 6 erfolgen und dessen Abtriebswelle
7 auf die Fahrzeugachsen treibt. 8, 9 und io sind Zahnräder, durch welche die Fliehkraftpendel
i i und 12 für Aufwärts- und Abwärtsschaltungen angetrieben werden, die auf die
in Gehäusen 15 und
16 verschiebbaren Steuerschieber 13 und 14 einwirken.
Die Steuerschieber 13 und 14 sind durch Druckfedern 17 und 18 belastet und besitzen
Eindrehungen i9 und 2o. Durch die Leitung 22 zugeleitetes Drucköl wird durch die
Leitungen 23 und 24 den Gehäusen 15 und 16 zugeführt. Durch Leitungen 25 und 26
wird das durch die Schieber 13 und 14 gesteuerte Drucköl den Zylindern 27 und 28
zugeleitet, deren nicht gezeigte Kolben über Stangen und Klinken auf Klinkenräder
29 und 30 einwirken, die auf der Welle 31 einer in dem Gehäuse 32 angeordneten Steuerwalze
sitzen. 33 ist eine Druckzuleitung zu dem Steuergehäuse 32, von dem aus Leitungen
35, 36, 37, 38 zu den Schaltzylindern 5 und 6 führen. 40 ist ein Fußhebel, der unter
der Einwirkung einer Feder 39 sich in seiner Ruhestellung gegen den Anschlag 41
legt und auf dessen Achse eine Scheibe 42 angeordnet ist, die zwei Nockenbahnen
43 und 44 besitzt. 40' ist die gestrichelt angegebene innere Stellung (Ruhestellung)
des Fußhebels 40, welcher die Stellungen 43' und 44 der beiden Nockenbahnen entsprechen.
An den Nockenbahnen 43 und 44 liegen Rollen 45 und 46 an, die an Hebeln 47 und 48
sitzen, mit denen weitere Hebel 49 und 50 fest verbunden sind, die durch
Zugfedern 51 und 52 gegen die Nockenbahnen 43 und 44 gezogen werden. 47', 48', 49',
50' sind die der Ruhestellung des Fußhebels 4ö entsprechenden Stellungen der Hebel
47, 48, 49, 50-53 ist eine Verbindungsstange zwischen dem Hebel 49 und einem auf
der Regelwelle der Brennstoffpumpe 2 angeordneten Hebel 54, 55 ist eine an dem Hebel
5o angreifende Stange, die andererseits mit Hebeln 57 und 58 Verbindung hat, die
wiederum über Finger 59 und 6o auf Kölbchen 61 und 62 einwirken, gegen deren andere
Endflächen sich die Federn 17 und 18 abstützen. Der am Ende des Hebels 5o angeordnete
Zapfen 63 ist in einer am Ende der Kolbenstange 65 angebrachten Querführung 64 verschiebbar.
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66 ist ein Ventilgehäuse, dessen Innenraum durch eine Öffnung 67 mit
dem unteren Raum des Zylinders 70 in Verbindung steht und in dessen oberem
Boden sich eine Bohrung 71 befindet, die durch ein unter dem Druck einer Feder 68
stehendes Ventil 69 abgeschlossen ist. Das Ventil 69 besitzt eine Drosselbohrung
69'. Über dem Ventilgehäuse 66 befindet sich ein Zylinder 72, der durch eine Öffnung
73 an seinem oberen Ende mit außerhalb verbunden ist.
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In dem Zylinder 7o, der mit 0I gefüllt ist, ist ein Kolben 74 verschiebbar,
der über seine Kolbenstange 65 mit dem Hebel 5o in Verbindung steht. In dem Kolben
74 ist eine Längsbohrung 75 und eine Querbohrung 75' angeordnet. Das obere Ende
der Längsbohrung 75 wird als Sitz eines Plattenventils 76 ausgebildet. Das Ventil
76 liegt in einem Gehäuse 78. Sein Hub wird durch den Anschlag 79 begrenzt.
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8o ist ein kleines Gehäuse, in dem ein Schieber 81 unter dem Druck
der Feder 82 verschiebbar ist. 83 ist eine Verbindungsöffnung nach außen, 84 eine
Verbindungsöffnung zwischen dem Raum des Gehäuses 8o und einem darüber angeordneten
Ventilgehäuse 85, an dessen oberem Ende ein Ventil 86 unter der Einwirkung einer
Feder 87 anliegt. Das Ventil 86 besitzt ein Drosselloch 88 und dient zum Abschluß
der Verbindungsöffnung 89, die in einen Querkanal go mündet, an den sich wiederum
ein Längskanal 9i anschließt. Zwischen dem Raum des Zylinders 8o und dem Kanal 9i
einerseits sowie dem Raum des Zylinders 7o anderseits sind Verbindungsöffnungen
92 und 93 vorgesehen.
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Das Fahrzeug mit der in Fig. i gezeigten Einrichtung befindet sich
in Fahrt, während der Fußhebel 40 in der ausgezogen gezeigten Stellung steht, die
bei der angegebenen Stellung der Nockenbahn 43 und der Hebel 47 und 49 einer Einstellung
der Brennstoffpumpe 2 auf etwa 9/a der größten Fördermenge entspricht. Der Dieselmotor
i läuft mit einer etwas unter dem Höchstwert liegenden Drehzahl. Beim Gasgeben sind
auch die Nockenbahn 44 aus der gestrichelten Lage 44 in die ausgezogene Stellung
und die Hebel 48 und 5o aus ihrer gestrichelten in die ausgezogene Lage gekommen.
Durch die Stange 55 wurden dabei über die Hebel 57 und 58 die Finger 59 und 6o in
die ausgezogen gezeichnete Stellung gebracht und über die Kolben 61 und 62 die Spannung
der Federn 17 und 18 erhöht. Die Drehzahlen, bei denen die selbsttätige Schaltvorrichtung
in dem Gehäuse 32 beim Aufwärts- und beim Abwärtsschalten anspricht, wurden also
entsprechend der eingestellten Leistung erhöht.
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Der Zylinder 70 ist ober- und unterhalb des Kolbens 74 mit
Öl gefüllt, ebenso die Kanäle 9o und 9i, die Ventilgehäuse 66 und 85 sowie der Zylinder
72 etwa bis zu der gezeigten Höhe.
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Beim Bewegen des Hebels 5o und der Stange 55 nach unten wurde der
in dem Zylinder 7o angeordnete Kolben 74 aus seiner oberen Endstellung heraus mitgenommen,
wobei das Ventil 76 durch den unter demselben herrschenden geringen Ölüberdruck
aufgedrückt wird und das unter dem Kolben 74 befindliche 01 nach oben entweicht.
Das Ventil 86 bleibt geschlossen, weil die entsprechend stark bemessene Feder 85
ein Öffnen erst zuläßt, wenn über dem Kolben 74 ein gewisser Überdruck herrscht.
Der Schieber 81 bleibt in der gezeigten Stellung stehen, da kein zur Überwindung
der Kraft der Feder 82 genügender Druck gegen seine obere Endfläche wirkt.
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Wenn nun der Fahrzeugführer durch Zurücknehmen des Fußhebels 40 in
die Stellung 4o' Gas wegnimmt, gelangt die Nockenbahn 43 in die Stellung 43', der
Hebel 47 in die Stellung 47'. Durch den in die Stellung 49' gelangenden Hebel 49
und die Stange 53 wird der Hebel 54 an der Brennstoffpumpe in die Stellung 54 gebracht.
Die Brennstoffpumpe 2 wird auf kleinste Fördermenge eingestellt.
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Die Nockenbahn 44 gelangt in die Stellung 44'. Dieser Bewegung folgen
aber die Hebel 48 und 5o nicht, da der mit ihnen verbundene Kolben 74 in dem Zylinder
7o nicht nach oben zurückgehen kann, weil das Ventil 76 geschlossen bleibt und sich
bei
einer kleinsten beginnenden Bewegung des Kolbens 74 nach oben
in dem Raum über dem Kolben außerordentlich hoher Druck bildet, der der Bewegung
des Kolbens 74 entgegensteht. Dieser Druck setzt sich in die Kanäle 9o und 9i fort,
öffnet das Ventil 86 und pflanzt sich in das Innere des Gehäuses 85 und durch die
Öffnung 84 in den Raum des Gehäuses 8o über dem Schieber 81 weiter. Dadurch wird
der Schieber 81 entsprechend der durch das Ventil 86 langsam zutretenden Flüssigkeitsmenge
weiter und weiter nach unten gedrückt. Dabei wird der Kolben 74 entsprechend der
aus dem Raum des Zylinders 70 in den Raum über dem Schieber 81 verdrängten
Flüssigkeitsmenge ein wenig nach oben verschoben, wobei gleichzeitig durch die Saugwirkung
unterhalb des Kolbens 74 das Ventil 69 sich öffnet und so viel öl aus dem Raum des
Zylinders 72 zutreten läßt, als durch die Kolbenbewegung Raum freigegeben wird.
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Wenn auf Grund der gerade vorliegenden Fahrverhältnisse längere Zeit
mit gedrosselter Brennstoffzufuhr gefahren werden soll, der Fahrzeugführer also
noch nicht wieder Gas gibt, wird nach einiger Zeit, beispielsweise nach io Sekunden,
der Schieber 81 den Durchtritt des in dem Kanal 9i stehenden Öls durch die Öffnungen
92 und 93 freigeben. Dem Raum des Zylinders 70 unterhalb des Kolbens 74 wird
dadurch Öl unter dem über dem Kolbens 74 herrschenden Überdruck zugeführt. Der Kolben
74 bewegt sich nun unter dem Druck der Feder 52 nach oben. Mit ihm gehen die Stangen
65 und 55, die Hebel So und 48, 57 und 58 und die Finger 59 und 6o. Den letzteren
folgen die Kälbchen 61 und 62 unter Entspannung der Federn 17 und 18. Dadurch werden
jetzt die Umschaltdrehzahlen entsprechend der Einstellung einer verminderten Maschinenleistung
auf die dem Anliegen des Hebels 48 in der Stellung 48' an der Nockenbahn 44 entsprechenden
Werte herabgesetzt. Nach entsprechender Verzögerung erfolgen jetzt Abwärtsschaltungen
im Wechselgetriebe durch die selbsttätige Schaltvorrichtung.
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Wenn der Fahrzeugführer wieder Gas gibt, folgen sowohl der Hebel 47
als auch der Hebel 48 der Einstellung der Nockenbahnen 43 und 44. Die Bewegung der
Hebel 48 und So und der Stangen 55 und 65 sowie die Abwärtsbewegung des Kolbens
74 werden nicht gehemmt, da das Ventil 76 das 0I von der unteren nach der oberen
Seite des Kolbens 74 ungehindert übertreten läßt. Gleichzeitig wird auch das öl
aus dem Raum über dem unter der Kraft der Feder 82 nach oben zurückgehenden Schieber
81 durch die Drosselbohrung 88 zurückgedrängt, und das in dem System überschüssige
Öl tritt durch die Drosselbohrung 69' in den Raum des Zylinders 72 zurück.
Damit ist der ursprüngliche Zustand der Verzögerungsvorrichtung wieder hergestellt.
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In Fig.2 bedeuten: 102 die Brennstoffpumpe eines Dieselmotors ioi,
deren Verstellung durch einen Hebel 103 von einer Stange 104 aus geschieht. Die
letztere ist mit dem Hebel io5 verbunden, der mit einem Hebel i o6 in 'fester Verbindung
steht und durch eine Zugfeder io8 nach ober gezogen wird. Am Ende des Hebels io5
ist eine Platte 137 angeordnet. Das Ende des Hebels ioE trägt eine Rolle 1o7.
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iog ist ein Handrad, das mit einem Griff i ic durch den Fahrzeugführer
gedreht werden kann und auf dessen Achse ein kleines Kettenrad i i i angeordnet
ist, von dem aus über eine Kette 112 ein größeres Kettenrad 113 angetrieben
wird, das zusammen mit zwei Nocken 115 und 116 auf der Achse 114 sitzt. An der Nockenbahn
115 liegt die Rolle 107 des Hebels io6, an der Nockenbahn 116 eine an dem
Hebel 117 angeordnete Rolle 118 an. Der Hebel 117 ist mit dem Hebel i i9 starr verbunden,
an dem die Stange 55 angreift und wird durch eine Feder 121 nach oben gezogen, so
daß unter dieser Kraft die Rolle i 18 an der Nockenbalin 116 dauernd anliegt. 115'
und 116' sind die gestrichelt gezeichneten Stellungen der Nockenbahnen 115 und 116
beim Leerlauf bzw. der kleinsten Fördermenge der Brennstoffpumpe io2.
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130 ist ein Handhebel, der durch eine Feder 131 an dem Anschlag
132 angelegt gehalten wird. Der Hebel 130 besitzt einen Schlitz 133, in dem
ein Endzapfen 134 einer Stange 135 sich führt. An dem anderen Ende der Stange ist
ein Knopf 136 vorgesehen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Abb.2 sind von der gestrichelt gezeichneten
Nullstellung des Handrads iog aus mehrere Umdrehungen im Uhrzeigersinn notwendig,
bis die größte Fördermenge der Brennstoffpumpe io2 eingestellt ist, da durch die
Kette 112 die Übertragung auf die Welle 114 entsprechend übersetzt ist. Das Handrad
iog sei nun während der Fahrt über mehrere Umdrehungen aus der gestrichelt angedeuteten
in die ausgezogen gezeichnete Stellung und die N ockenbahnen 115' und 116' in die
ausgezogen gezeichneten Stellungen gedreht worden. Die Welle 114 wurde also um etwa
3/a Umdrehungen verdreht. Dabei wurde durch die Hebel io6 und 105, die Stange 104
und den Hebel 103 die erwünschte Fördermenge der Brennstoffpumpe eingestellt.
(Ausgezogene Stellung dieser Teile.) Gleichzeitig mit der Einstellung der Brenstoffpumpe
wurden durch die Nockenbahn 116 die Hebel 117 und i i9 aus der gestrichelten in
die ausgezogene Stellung gebracht. Durch die Stange 55 werden in gleicher Weise
wie bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. i die Umschaltdrehzahlen entsprechend der
eingestellten Maschinenleistung erhöht.
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Wenn nun der Fahrzeugführer die Maschinenleistung nur für bestimmte
Zeit herabsetzen will und dabei Schaltungen nicht erwünscht sind, so drückt er lediglich
den Hebel 13o herunter. Von dem Knopf 136 der Stange 135 wird dabei der Hebel io5
nach unten gedreht, infolgedessen wird der Hebel io6 von der Nockenbahn
115 abgehoben und die Hebel io6, 105 und 103 gelangen in die gestrichelt
angegebenen Stellungen io6', 1o5', 1o3'. Die Brennstoffpumpe 102 wird auf Leerlauf
eingestellt.
bie Hebel 117 und i i9 und die Stange 55 bleiben dabei
in ihrer Stellung in Anlage an der Nockenbahn 116 stehen, die Umschaltdrehzahlen
bleiben also unbeeinflußt auf den ursprünglich eingestellten hohen Werten.
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Sobald die Fahrstrecke dies zuläßt, kann der Fahrzeugführer durch
einfaches Loslassen des Handhebels 130 wieder die vorher benutzte Einstellung der
Brennstoffpumpe erhalten. Während der ganzen Zeit, während der mit herabgesetzter
Maschinenleistung gefahren wurde, sind die Umschaltdrehzahlen unverändert auf den
ursprünglich eingestellten Werten geblieben. Solange die Fahrgeschwindigkeit nicht
wesentlich absinkt, erfolgen deshalb keine Umschaltungen im Wechselgetriebe.