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Regelvorrichtung für Schienenfahrzeuge mit Verbrennungsmotor und Flüssigkeitsgetriebe.
Es gibt Fahrzeuge, die durch Verbrennungskraftmaschinen in Verbindung mit einem
hydraulischen ' Übersetzungsgetriebe fortbewegt werden. Der Motor ist wie bei ortsfesten
Maschinen mit einem Regler ausgerüstet, der so eingerichtet ist, daß er bei ganz
geringen Änderungen der Drehzahl eine andere Gleichgewichtslage einnimmt und damit
das Drehmoment des Motors verändert. Der Motor hat also bei jeder Belastung ungefähr
die gleiche Drehzahl.
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Um das Fahrzeug mit verschiedenen Geschwindigkeiten betreiben und
das Motordrehmoment bei größerem Widerstand vervielfachen zu können, wird neuerdings
an Stelle des bisher üblichen Zahnradgetriebes und der sehr umständlichen Übersetzung
mit elektrischem Dynamo und Elektromotor ein hydraulisches Getriebe zwischen dem
Motor und die Treibachsen des Fahrzeuges eingeschaltet. Das hydraulische Getriebe
besteht aus einer Pumpe, die" direkt vom Motor angetrieben wird, und einem Laufrad,
das mit den Treibachsen in Verbindung steht und durch den in der Pumpe erzeugten
Flüssigkeitsstrom in Bewegung gesetzt wird.
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Damit das Laufrad eine veränderliche Geschwindigkeit erhält bzw. ein
veränderliches
Drehmoment ausüben kann, ist die vom Motor angetriebene
Pumpe unterteilt, so daß je nach der Beaufschlagung der Pumpe ein verschieden starker
Flüssigkeitsstrom nach dem Laufrad gefördert wird. Nehmen wir an, daß die Pumpe
aus drei gleich großen Einzelpumpen besteht, die durch einen Steuerschieber so geschaltet
werden können, daß eine Pumpe, zwei Pumpen oder alle drei in Wirksamkeit treten
(die nicht arbeitenden Pumpen werden durch Verbindung des Druckraumes mit dem Saugraum
kurzgeschlossen), so erhält man im Laufrad drei verschieden große Geschwindigkeiten
bzw. Drehmomente, und zwar derart, daß der kleinsten Geschwindigkeit das größte
Drehmoment entspricht. Der hydraulische Druck im Getriebe steht dabei in umgekehrtem
Verhältnis zu der Geschwindigkeit.
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Das Fahrzeug wird dadurch in Bewegung gesetzt, daß zunächst der Motor
unbelastet, d. h. bei Kurzschluß sämtlicher Pumpenstufen, auf eine normale Drehzahl
gebracht wird. Dann schaltet man nacheinander die einzelnen Pumpenstufen ein. Wird
die erste Stufe eingeschaltet, so muß, da das Fahrzeug allmählich aus der Ruhelage
auf die dieser Stufe entsprechende Geschwindigkeit beschleunigt werden muß, die
von der Pumpe geförderte Kraftflüssigkeit so lange ganz oder teilweise durch ein
Entlastungsventil, das unter dem Einfluß einer Feder steht und den Druckraum mit
dem Saugraum der Pumpe verbindet, entweichen. Da der Motor sein maximales Drehmoment
abgibt, entstehen während der Beschleunigungsperiode große Drosselungsverluste,
oder der Motor wird, wenn das Entlastungsventil auf einen höheren Druck eingestellt
ist, als dem maximalen Motordrehmoment entspricht, gewaltsam auf eine geringere
Drehzahl herabgezwungen; daß er dabei nicht ganz stehenbleibt, ist der lebendigen
Kraft des Schwungrades zu verdanken. Bei zunehmender Beschleunigung erholt sich
dann der Motor wieder. Schaltet man nacheinander die anderen Pumpenstufen hinzu,
so muß zunächst die Hälfte bzw. ein Drittel der gepumpten Druckflüssigkeit durch
gleichzeitig eingeschaltete Entlastungsventile von entsprechender Federbelastung
entweichen oder, da die Anordnung dieser weiteren Ventile eine Komplikation des
Getriebes darstellt, die Motordrehzahl wird annähernd auf die Hälfte bzw. auf zwei
Drittel der normalen herabgezwungen.
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Dieses zwangsweise Herabdrosseln der Motordrehzahl ist unter Umständen
sehr schädlich für den Motor bzw. die Motorwelle. Denn der Motor ist gezwungen,
längere Zeit mit tiefster Reghrstellung, also überlastet, zu laufen, und die Motorwelle
zwischen Schwungrad und Getriebe ist beim jedesmaligen Einschalten einer neuen Geschwindigkeit
starken Beanspruchungen ausgesetzt.
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In Abb. i stellen v1, v,, v3 die Geschwindigkeiten des Flüssigkeitsstromes
im Laufrad und cz, c., c3 in der Pumpe dar. Unter der Annahme, daß für jede der
drei übersetzungen ein dem entsprechenden Flüssigkeitsdruck angepaßtes Entlastungsventil,
eingerückt wird, kann man die schraffierten Dreiecksflächen als Maßstab für die
L'berströmverluste in diesen Ventilen ansehen.
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In Abb. 2 ist eine ähnliche Darstellung angedeutet für den Fall, daß
-nur ein Entlastungsventil für die erste Stufe (also für den höchsten Flüssigkeitsdruck)
vorhanden ist und die Motordrehzahl zwangsweise herabgedrückt wird. Die Flächen
stellen die Drosselverluste dar, und zwar bei Stufe 2 und 3 beeinflußt durch die
lebendige Kraft des Schwungrades.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt, die beim Einschalten der einzelnen
Geschwindigkeiten entstehenden Verluste auf ein Minimum zu reduzieren bzw. ganz
zu beseitigen. Zu diesem Zwecke wird der Motorregler mit einer Vorrichtung versehen,
welche gestattet, die Motordrehzahl um ein bedeutendes Maß herabzumindern (z. B.
durch Entspannen einer Federwaage oder Antrieb des Reglers durch ein veränderliches
Reibrädergetriebe). Diese Vorrichtung wird in geeigneter Weise mit dem Steuerschieber
des hydraulischen Getriebes in Verbindung gebracht, und zwar derart, daß jedesmal,
wenn die einzelnen Geschwindigkeiten nacheinander eingerückt werden, automatisch
sich die Motordrehzahl entsprechend erniedrigt. Das Wiederhinaufgehen der Motordrehzahl
auf die normale und damit die Beschleunigung des Fahrzeuges auf entsprechende Geschwindigkeitsstufe
kann selbsttätig erfolgen, z. B. dadurch, daß die zur Veränderung der Regler-Federwaage
bzw. des vorerwähnten Reibrädergetriebes eingeschaltete Kraft allmählich unter dem
Einfluß einer Ölbremse sich verliert oder zwangläufig durch den Fahrzeugführer in
ähnlicher Beeinflussung des Reglers. In letzterem Falle besteht die Möglichkeit,
die Beschleunigung des Fahrzeuges durch den Wagenführer -den Verhältnissen entsprechend
zu regeln.
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In Abb. 3 ist das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren graphisch
dargestellt. Angenommen, die Motordrehzahl wird beim Einschalten der ersten Geschwindigkeit
auf die Hälfte reduziert, dann wird der überströmverlust (durch das Entlastungsventil)
auf den vierten Teil herabgedrückt. Von a nach b
erfolgt die Beschleunigung
durch allmähliche Erhöhung der Motordrehzahl auf die normale. Beim Einrücken der
nächsten Pumpenstufe
würde die Geschwindigkeit c:> erzeugt werden,
wenn nicht durch Herabdrücken der Motordrehzahl wieder cl erzielt würde. Die Beschleunigung
erfolgt ohne Verlust nach b-c. Beim Einschalten der dritten Pumpenstufe muß die
Motordrehzahl um ein Drittel herabgedrückt werden; die Beschleunigung erfolgt wieder
ohne Verlust nach c-d allein durch Erhöhung der Motordrehzahl auf die normale.
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In Abb. ¢ ist ein Ausführungsbeispiel der Neuerung schematisch angedeutet.
Es bedeutet a den Motor, b den Regler und c eine zusätzliche Federbelastung
desselben. Die Federspannung kann durch den Handhebel d verändert werden, wodurch
gleichzeitig auch die Motordrehzahl verändert wird. Ferner ist e das hydraulische
Getriebe, dessen Pumpen fdurch die Schiebern, ein- und ausgerückt werden. Die von
den Pumpen geförderte Flüssigkeit treibt das Laufrad h, von dessen Achse in bekannter
Weise der Antrieb der Lokomotivtreibachsen erfolgt. Die Pumpenschieber g werden
durch den Handhebel l eingestellt. Der Hebel d der Reglerfeder und der Hebel i der
Schieber sind so miteinander verblockt, daß man zuerst den Hebel d verdrehen muß,
wodurch die Motordrehzahl durch Entlastung der Feder herabgesetzt wird, ehe man
die Schieber durch den Hebel-! einstellen kann. Die Verblockung geschieht hier beispielsweise
dadurch, daß eine Stange k angeordnet ist, die gelenkig in einem Arm des Hebels
d und verschiebbar in einem im Hebel i
drehbaren Zapfen L gelagert
ist. Mit ihrem freien Ende greift die Stange k in entsprechende Einschnitte des
festen Segments m ein. Erst wenn die Stange k durch Verschiebung des Hebels d aus
dem Einschnitt des Segments in herausgezogen ist, kann man den Hebel i bewegen.
Später wird durch Zurückbewegen des Hebels d die Feder wieder gespannt, wodurch
der Regler und damit der Motor auf ihre Normaldrehzahlen zurückgebracht werden.
Will man die Zurückführung des Hebels d selbsttätig sich vollziehen lassen, so kann
man ihn beispielsweise mit einer Feder tt verbinden; dieselbe zieht den Hebel an
den Anschlag p zurück. Dies Zurückziehen kann zeitlich eingestellt werden durch
die Wirkung einer Ölbremse r, die irgendwo mit dem Hebel d verbunden ist.
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Will man die Handgriffe vereinfachen, so kann man den langen Arm des
Hebels d durch den kurzen Arm s ersetzen und denselben mittels der Stange
t mit dem Doppelhebel v verbinden. Letzterer ist am Hebel i gelagert
und wird durch die Feder w abgedrückt. Zieht man den Hebel v an den Hebel i heran,
so wird die Reglerfeder entlastet. Alsdann wird der Hebel i verstellt, und durch
Loslassen des Hebels v geht die Reglerfeder auf ihre Normalspannung zurück. Der
Hebel v kann, wie auf der Zeichnung angedeutet, gleichzeitig zur Feststellung des
Hebels i auf dem Segment m benutzt werden.
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In Abb.5 ist ein weiteres Anwendungsbeispiel angegeben. Es bedeuten
wieder a den Motor, b den Regler, c die Zusatzfeder, e das hydraulische Getriebe,
f die Pumpen desselben und h. das Laufrad.
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Um das Getriebe schnell an- und abstellen zu können, benutzt man meist
ein besonderes Ventil z, durch das Saug- und Druckraum des Getriebes miteinander
verbunden werden. Durch Drehen des Hebels x nach rechts wird das Ventil z geöffnet,
und das Getriebe läuft leer, d. h. das Getriebe wird drucklos gemacht, und die Drehschieber
g der Abb. ¢ werden entlastet, wodurch die Einstellung auf eine andere Geschwindigkeit
erleichtert wird. Auf derselben Achse des Hebels x sitzt der Hebel
d,
der durch die Federn an dem Ausschlag y des Hebels
x angedrückt wird. An dem Hebel d
greifen wieder wie in Abb. q. die
Federe und die Ölbremse r an.
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Wird also das Getriebe durch die Rechtsdrehung des Hebels x ausgerückt,
so wird durch Mitnahme des Hebels d die Zusatzfeder entspannt, wodurch die Motordrehzahl
sich vermindert. Rückt man später das Getriebe durch Linksbewegung des Hebels x
wieder ein, so folgt der Hebel unter dem Einfluß der Feder tt und der Ölbremse
r langsam nach, wodurch die Motordrehzahl wieder anschwillt. Man kann den
Hebel d auch von Hand zurückdrehen und dadurch eine schnellere Beschleunigung erzielen.