DE612823C - Elektromechanisches Getriebe zum Antrieb von Diesellokomotiven - Google Patents

Description

Für Lokomotiven und ähnliche Fahrzeuge, wie z. B. Triebwagen und Omnibusse, die durch Verbrennungskraftmaschinen angetrieben werden, ist stets ein Getriebe erforderlich, welches auf das Fahrzeug für das Anfahren bei langsam laufender Verbrennungskraft- * maschine eine von Null aus stetig ansteigende Geschwindigkeit überträgt. Außerdem ist mit Rücksicht auf die stark veränderlichen Fahrwiderstände eine elastische Zugkraftlinie erwünscht. Anzustreben ist, daß innerhalb des betriebsmäßigen Fahrbereiches die maximale Zugkraft bei fallender Drehzahl und angenähert konstanter Leistung zunimmt. Diesen Forderungen kommt die elektrische Zwischenenergieübertragung am nächsten. Das elektrische Zwischengetriebe ist jedoch stets verhältnismäßig teuer und vor allem schwer, so daß das Dienstgewicht der Fahrzeuge außer-

ao ordentlich groß wird, wodurch der Anwendungsbereich dieser ^Antriebsart eingeschränkt wird. Außerdem bedingt diese Übertragung starke Getriebeverluste, die sich für die günstigsten Betriebspunkte zwischen 15 und 30 °/o bewegen.

Die rein mechanischen Stufengetriebe weisen vor allem den Nachteil auf, daß bei Überschaltung von der einen auf die andere Geschwindigkeitsstufe die Zugkraftlinie durch Null geht, was besonders beim Lokomotivbetrieb zu Betriebsstörungen führen kann. Es sind elektromechanische Getriebe mittels eines . Umlaufrädergetriebes, dessen Glieder • mit wahlweise als Motoren oder Generatoren arbeitenden elektrischen Maschinen verbunden sind, bekannt, die wohl ein stufenloses Anfahren, aber keine gewichtstechnisch befriedigende Lösung des Getriebeproblems ergaben. Dieses ist in erster Linie auf die ungünstige Anordnung der elektrischen Maschinen, ζ. Β. unmittelbare Verbindung mit der Abtriebswelle, zurückzuführen.

Die Erfindung betrifft eine Ausführung eines solchen elektromechanischen Getriebes, bei dem die erforderlichen elektrischen Maschinen bei günstigen Drehzahlen nur für einen Bruchteil, beispielsweise ¹J₄ der Kraftmaschinenleistung auszulegen sind.

Dieses vorteilhafte Egebnis wird wie folgt erzielt. Mit der Kraftmaschine ist ein Generator von geringer Leistung verbunden; außerdem kann die Kraftmaschine über eine schaltbare Kupplung auf das erste Glied eines Umlaufrädergetriebes arbeiten, das vorzugsweise eine Bremsvorrichtung besitzt. Auf das zweite Glied dieses Getriebes kann ein Motor von ebenfalls geringer Leistung einwirken. Auch hier ist zweckdienlich eine Bremse angeordnet, um diesen Getriebeteil festhalten zu können. Das dritte Glied wirkt auf rein mechanischem Wege auf die Triebachse des Fahrzeuges ein.

An Hand eines Beispiels (Abb. 1) soll zunächst die Arbeitsweise des Getriebes beschrieben werden. Die Kraftmaschine a, die in ihrer Drehzahl im Verhältnis von 1 : 3 geregelt wird, treibt den Generator b, dessen Leistung bei höchster Drehzahl gleich ¹Z₄ der

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Kraftmaschinenleistung ist. Die schaltbare Kupplung c und die Bremse d sitzen auf der Welle, die zum ersten Gliede des Umlaufrädergetriebes führt.' Der Motor f, dessen , 5 Leistung bei normaler Drehzahl gleich ¹J₄ der Kraftmaschinenleistung ist, steht über die Bremse g mit dem zweiten Getriebeglied in Verbindung. Die Welle h überträgt die Energie vom dritten Gliede zur nicht dargestellten Treibachse des Fahrzeuges.

Das Umlaufrädergetriebe ist in an sich bekannter Weise z. B. so aufgebaut, daß bei stillstehendem zweitem Gliede und bei rechtsdrehend angetriebenem erstem Gliede das dritte Glied und damit die Welle h linksherum läuft. Wird das zweite Glied ebenfalls linksherum * angetrieben, so addieren sich die Geschwindigkeiten und damit die Leistungen.

Dieses vorausgesetzt geht das Anfahren wie folgt vor sich. Die Kraftmaschine α läuft mit niederer Drehzahl bei ausgeschalteter Kupplung c und angezogener Bremse d, d. h. bei abgebremstem erstem Getriebeteil, rechtsherum und treibt nur den zunächst unerregten Generator b an. Die elektrische Verbindung von Generator b zu Motor/ ist hergestellt, so daß bei ständig zunehmender Erregung des Generators der Motor/ anläuft und dieser über den zweiten und dritten Getriebeteil die Welle h antreibt. Nachdem der Generator voll erregt ist, wird die Kraftmaschinendrehzahl gesteigert, so daß das Fahrzeug eine bestimmte Teilgeschwindigkeit erhält, die beispielsweise */₄ der höchsten Fahrgeschwindigkeit ist, wenn der Motor f für etwa ¹I₄ der Kraftmaschinenleistung - ausgelegt wurde. Jetzt schaltet man die Kupplung c ein und danach die Bremse d aus, so daß bei verminderter Brennstoffzufuhr wohl die Kraftmaschinendrehzahl abnimmt, jedoch infolge der aus den Schwungmassen der Kraftmaschine entnommenen Energie das Fahrzeug weiter beschleunigt wird, trotzdem man den Motor / ab- und die Bremse g einschaltet. Der Geschwindigkeitsausgleich innerhalb des Umlaufrädergetriebes vollzieht sich äußerst schnell, so daß Kupplung und Bremse nur geringe Schlupfarbeit aufzunehmen haben. Durch verstärkte Brennstoffzufuhr läßt sich die Kraftmaschine abermals von ihrer niedrigsten Drehzahl auf ihre höchste bringen, wodurch das Fahrzeug bis zu ³/₄ seiner Höchstgeschwindigkeit angetrieben wird. Eine weitere Geschwindigkeitssteigerung bis auf I erhält man nach erneutem Einschalten des Motors /.

Es sind also drei Gangarten, die sich stufenlos aneinanderreihen, zu unterscheiden: Gangart I Elektromotor / allein, kurzzeitig überlastbar,

Gangart Il rein mechanische Übertragung, Gangart III mechanischer und elektromotorischer Antrieb.

Die höchst zulässigen Drehmomente nehmen von I nach III ab. Es ist an sich mögliehst noch eine weitere Gangart dadurch herzustellen, daß man den Motor als Generator auf den als Motor wirkenden Generator arbeiten läßt. Da dieser mit der Kraftmaschinenwelle verbunden ist, addieren sich ihre Drehmomente bei entsprechend verminderter Fahrgeschwindigkeit. In vielen Fällen wird man auf die zuletzt genannte Gängart verzichten, weil mit Hilfe des Aufladeverfahrens bei Verbrennungskraftmaschinen eine weitgehende wirtschaftliche Dnehmomejitsteigerung bei verringerter Drehzahl ohne weiteres möglich ist. Soll mit Rücksicht auf eine leichte Bedienbarkeit und einfachen Aufbau der Maschinenanlage sowohl auf die Umsteuerbarkeit der Kraftmaschine als auch auf ein Wendegetriebe verzichtet werden, so kann innerhalb der Gangart I unter Berücksichtigung der kurzzeitigen Uberlastungsfähigkeit der elektrischen Teile gleich gut vorwärts wie rück- 8g wärts gefahren werden, was für Rangier- und Leerfahrten von größter Bedeutung ist. Die einseitige Hauptfahrtrichtung ist für die in Frage kommenden Fahrzeuge kein Nachteil, wozu noch erwähnt werden soll, daß die wirtschaftliche Kühleranordnung diese ohnehin fordert.

Das Umlaufrädergetriebe e (Abb. 1) kann entsprechend den gestellten Anforderungen sehr verschieden aufgebaut werden. Abb. 2 zeigt ein Getriebe leichter Bauart; das Sonnenrad I arbeitet auf drei Umlaufräder 2. Diese sind mit ihren Achsen in einem Käfig 3 gelagert, welcher durch das Ritzel 4 angetrieben werden kann. Die dem Umlaufrädergetriebe zugeführte Leistung wird über das Hohlrad 5 an die Welle h weitergeleitet.

Wie ein weiteres angedeutetes Beispiel (Abb. 3) zeigt, ist auch ein Umlaufrädergetriebe mit zwei Sonnenrädern 1', 1" verwendbar. Kraftmaschinenseitig wird der Käfig 3 mit den Umlaufrädern 2' und 2" angetrieben. Das Sonnenrad 1" kann durch den Elektromotor / angetrieben werden; das Sonnenrad 1' sitzt auf der Triebwelle/}. Die Wirkungs- no weise dieses Getriebes dürfte ohne weiteres verständlich sein.

Bei dreiachsigen Fahrzeugen ist es erwünscht von dem Umlaufgetriebe aus gleichzeitig in mechanischer Parallelschaltung zwei Achsen anzutreiben. Hierfür gibt Abb. 4 ein. Ausführungsbeispiel.

Das auf einer gut gelagerten Hohlwelle befestigte Sonnenrad 1 arbeitet auf die im Käfig 3 gelagerten Umlaufräder 2. Der Käfig 3 besitzt an seinem äußeren Umfang zwei Zahnkränze 3' und 3", in welche die

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Ritzel 4/ und 4/' sowie 4₂' und 4₂" eingreifen. Diese Ritzel -können durch zwei Elektromotoren ^₁ und f« über ein weiteres Vorgelege J₁ und /₂ angetrieben werden. Die S Umlaufräder 2 greifen in ein Hohlrad 5, welches jedoch atißer der Innen- eine Außenverzahnung trägt. Mit dieser Verzahnung kämmen die Räder O₁' und 6₂", um die Antriebsleistung über die Wellen A₁ und Λ₂ auf die Triebräder zu übertragen.

Die Anwendung von zwei Elektromotoren und zwei Antriebswellen trägt wesentlich zur Entlastung der Zahnräder und Lager bei, was trotz kleiner Getriebeabmessung eine große Betriebssicherheit ergibt. Es steht natürlich nichts im Wege den Elektromotor oder die Elektromotoren an Stelle über Stirnräder über Schnecke und Schneckenrad o. dgl. auf den Käfig einwirken zu lassen.

Die hier gezeigte räumliche Anordnung von Kupplung c und Generator b hinter dem Getriebe e hat neben der gedrängten Bauart den Vorteil der besseren Zugänglichkeit der dem Verschleiß ausgesetzten Teile; das gleiche gilt für die Bremsen ^₁ und g₂.

Der Aufbau eines schweren Lokomotivgetriebes könnte nach Abb. 5 erfolgen. Mit Rücksicht auf den verfügbaren Platz wird dem Sonnenrad 1 die Energie über ein Kegelradvorgelege 8 zugeführt. Die Umlaufräder ζ sind auch hier in einem Käfig 3 angeordnet, Avelcher über ein Vorgelege 7 und weiter über die Ritzel 4' 'und 4" durch den Elektromotor f angetrieben werden kann. Bei dieser Ausführung muß mit Rücksicht auf die zu übertragende große Leistung auf eine gute Abstützung des Hohlrades 5 geachtet werden. Eine solche wird dadurch erzielt, daß die drei Umlaufräder je zwei Wälzringe 9' und 9" tragen, die auf je zwei im Hohlrad 5 und auf dem Sonnenrad 1 befestigten Wälzringen 10' und 10" bzw. 11' und 11" abrollen. Zur Verbesserung der Führung tragen diese vier Wälzringe je einen Führungsansatz, die den Führungsabsätzen der sechs Wälzringe 9' und 9" entsprechen. Das Ganze stellt also in seiner Wirkung ein Bundrollenlager dar, welches gleichzeitig bewirkt, daß die Verzahnung der Umlaufräder frei arbeiten kann. An sich könnte sowohl auf den Führungsansatz der Wälzringe 11' und 11" als letzten Endes auch auf diese zwei Wälzringe selbst verzichtet werden, wenn die Uinlaufräderachsen sowohl den Radialdruck des beispielsweise mit einer Außenpfeilverzahnung versehenen Hohlrades 5 als auch die evtl. Seitenkräfte, d. h. die Axialdrücke aufnehmen sollen. Die übrigen .Wälzringe sind unbedingt erforderlich, desgleichen die Führungsansätze, welche gleichzeitig dafür sorgen, daß die Innenverzahnung des Hohlrades während des Laufes durch einen Ölring ausgefüllt ist. Die Ölzuführung erfolgt durch die Sonnenwelle zu sternförmig angeordneten Ölkanälen im Käfig 3. Diese Kanäle führen teils zu den Lagerschalen der Umlaufräder, teils zu den drei Käfigzwischenstücken 12. In diesen Zwischenstücken sind Düsen eingebaut, um das Öl in die Eingriffstrecken von Sonnenrad und Umlaufrädern zu leiten. Die Räder 3' und 3" sowie die zugehörigen Ritzel 4' und 4" tragen ebenfalls gegenseitig zugeneigte Schrägverzahnung zur Erzielung eines ruhigen Getriebelaufes. Das mit der Außenverzahnung des Hohlrades 5 kämmende Blindwellenrad wurde nicht gezeichnet.

Die gezeigten Getriebebauarten lassen sich entsprechend den an sie zu stellenden Anforderungen mannigfaltig abändern; so kann es z. B. erwünscht sein, daß von dem Hohlrad 5 an zwei Stellen bei gleichen und verschiedenen Drehzahlen der Abtriebwellen Ji₁ und L· Energie abgenommen wird. Das hierzu erforderliche Hilfsmittel ist das bekannte Differentialgetriebe.

Für ein betriebsicheres Arbeiten der Getriebe ist die Ausbildungsart der Kupplung sehr wesentlich.

Um auch während des Umschaltens von Gang I auf II, d. h. von der rein elektromotorischen auf die rein mechanische Stufe eine Überlastung der Triebwerkteile zu verhüten, wird die Kupplung zweckmäßig als Drehmomentkupplung ausgebildet. Bei den bekannten Drehmomentkupplungen wird die gesamte von der Antriebmaschine geleistete Arbeit durch die Reiblamellen übertragen. Würde man eine derartige Kupplung in einen Energieteilstrom legen, so würde sie auch nur in Abhängigkeit von dem entsprechenden Teildrehmoment steuern.

Da solche Kupplungen mit Rücksicht auf ihre Arbeitsart für die vorliegende Sonderaufgabe wenig geeignet sind, wird nach- stehend eine Drehmomentkupplung angegeben, die in Abhängigkeit von dem Gesamtdrehmoment der Arbeitsmaschine steuert, trotzdem nur ein Energieteilstrom über die Reibflächen der Kupplung fließt. Dieses wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß= die 110 = gesamte Energie zunächst über die als Federkupplung wirkenden Steuerorgane der Drehmomentkupplung geleitet wird, von der dann der eine Teil zu der im wesentlichen als Generator arbeitenden elektrischen Maschine fließt, während der andere Teil über die Kupplungsreibflächen dem Umlaufrädergetriebe zugeführt wird. Auf diese Weise ist in allen Fällen eine volle Drehmomentbelastung der Antriebmaschine denkbar und ihre Überlastung unmöglich. Abb. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel.

Die Energiezufuhr zur Kupplung erfolgt durch die Welle I₀, auf der die Steuerscheibe 2₀ befestigt ist. In dieser Scheibe sind zu beiden Seiten auf einem Teilkreis je drei hohlkehlenförmige Nuten eingefräst, deren Tiefe von der tiefsten Stelle aus in Richtung des Teilkreises zunächst nur wenig und dann geradlinig abnimmt, d. h. ein Schnitt in Richtung des Teilkreises zeigt in der Abwicklung zwei gegen ίο die Oberfläche der Scheibe unter bestimmten , Winkeln geneigte Gerade, die durch eine stetige, schwach gekrümmte Kurve miteinander verbunden sind. Weitere drei gleichartig ausgeführte Nuten besitzen je die : 5 Steuerringe 3„ und 4₀, welche an ihrem Außenumfang Zähne tragen. Zwischen der Steuerscheibe 2₀ und den Steuerringen 3₀ und 4„ befinden sich die durch die Nuten geführten Steuerkugeln 5₀, "welche durch mehrere auf einem Teilkreis angeordnete Federn 6₀ mit Hilfe der Zugstangen J₀ und 7₀' sowie der beiden Gegenringe 8₀ und 8₀' belastet sind. Durch die Innenverzahnung der Buchse O₀ wird die Energie \^ron den Steuerringen 3₀ und 4₀ übernommen und zu dem einen Teil direkt über die Hohlwelle io₀ und das Kettenradi I₀ an den nicht dargestellten Generator weitergeleitet. Der übrige Teil der Kupplung ist eine schaltbare Lamellenkupplung; sie besteht im wesentlichen aus den auf der Buchse 9₀ axial verschiebbaren Lamellen I2_O und den im Außenzylinder I3_O verschiebbaren Lamellen I4_O. Mehrere Druckfedern I5_O belasten die Lamellen, sofern das von außen über den Schaltring i6₀' zu bedienende Schaltgestänge i6₀ ihre Wirkung nicht aufhebt. Das Schaltgestänge i6₀' i6₀ steht in Verbindung mit einem axial verschiebbaren Ring 17₀, in welchen die Federbuchsen i8₀ der Federn I5_O eingeschraubt sind. Diese Buchsen wirken aber nicht direkt auf das Lamellenpaket, sondern über kurze Federn Ia₀, um so ein besonders weiches Arbeiten der Kupplung zu erzielen. Bei belasteter Kupplung erfolgt die Selbststeuerung auf konstantes Drehmoment durch die Druckringe 4₀ und 3₀, welche bei beginnender Überlastung in axialer Richtung auf die Buchse o,₀ und das Schaltgestänge i6₀ einwirken und die Lamellen entsprechend entlasten. Der gleichzeitig als Bremsscheibe dienende Außenzylinder 13,, steht mit dem ersten Glied des Umlaufrädergetriebes e in fester Verbindung.

Zur näheren Erklärung der Wirkungsweise der Kupplung diene noch folgendes: Wirkt ein Drehmoment auf die Welle I₀ und somit auf die Scheibe 2₀, so wird letztere relativ zu den Steuerringen 3„ und 4„ so weit gedreht und es werden durch die Rollbewegung der Steuerkugeln 5₀ die Steuerringe 3„ und 4₀ so weit von der Scheibe 2₀ entfernt, bis die dem Drehmoment entsprechende Umfangskraft eine axiale, in ihrer Größe von der jeweils geltenden Nutenneigung abhängige Kraftkomponente erzeugt, welche der Spannung der Feder 6₀ das Gleichgewicht hält. Für jedes Drehmoment zwischen Null und Maximum, und zwar positives wie auch negatives Maximum, ergibt sich ein bestimmter Verdrehungswinkel der Steuerscheibe 2„ gegenüber dem Steuerring 3„ bzw. 4₀, für den sich die Federkupplung im Gleichgewichtszustand befindet. Die Linie Drehmoment als Funktion des Verdrehungswinkels kann je nach Wahl der Federgrößen und Form der Steuernuten sehr verschiedenartig aussehen. Im allgemeinen wird man bestrebt sein, für das Maximalmoment einen möglichst großen Verdrehungswinkel zu erzielen, was für die Kupplung eine große Energiespeicherfähigkeit ergibt. Resonanzerscheinungen, die zu Getriebestörungen führen können, sind bei Verwendung dieser Kupplung mit Sicherheit zu vermeiden. Wird das Maximalmoment erreicht, so werden, wie bereits ausgeführt, die Lamellen so weit entlastet, daß die Kupplung schlüpft. Die Spannkraft der Federn O₀ ist im Vergleich zu der der Federn 15,, groß, so daß das Schlüpfmoment der Kupplung praktisch unabhängig von der veränderlichen Größe des Reibungskoeffizienten und gleich dem vorbestimmten Maximalmoment der Antriebmaschine ist.

Bemerkenswert ist noch die Schmierung des Führungslagers 2o₀ und der Verzahnung:=- kupplung. Zu diesem Zweck erhält das Führungslager einen größeren Durchmesser als das angrenzende Getriebelager e. Beide Lager stehen durch verschiedene Axialbohrungen 2i₀ miteinander in hydraulischer Verbindung, so daß ein Teil des dem Getriebelager -zugeführten Schmieröles von dem Führungslager angesaugt und weiter über einen Abspritzring in die Verzahnung der Buchse O₀ geschleudert wird. Das überschüssige öl tritt über den Überlaufring 22₀ und wird in das ruhende Atiffangblech 23,, geleitet.

.An Stelle der mechanischen Ein- und Ausschaltvorrichtung der Kupplung läßt sich auch eine elektromagnetische Schaltvorrichtung vorsehen, und zwar beispielsweise so, daß, wie aus Abb. 7 ersichtlich, die Wirkung der Federn I5_O durch einen ebenfalls umlaufenden Ringmagnet 25,, aufgehoben wird. Erhält der Ringmagnet durch die Schleifringe 27,, Strom, so wird der mit dem Schaltgestänge i6₀ verbundene Ringanker angezogen und die Kupplung gelüftet. Der Außenzylinder I3o trägt hier ebenfalls eine Bremsvorrichtung d, bestehend aus dem am Getriebegehäuse e befestigten Ringmagnet 3O₀, der bei Stromdurchgang den mit Außenzylin-

der I3o rotierenden Anker 3I₀ anzieht und die Bremslamellen 32,, aufeinanderpreßt. Mit Rücksicht auf die Getriebeausbildung ähnlich Abb. 4 ist die mit dem Außenzylinder 13,, verbundene Sonnenwelle als Hohlwelle 2% ausgebildet. Die Welle I₀ führt auch hier der Kupplung c die Energie zu, während die mit dem Innenzylinder 9o verbundene Welle 2S₀ bereits zu dem Generator b gehört. Da der

to Innenzylinder mit seinen Abschlußscheiben einen allseitig abgeschlossenen Hohlkörper bildet, kann er in genügendem Maße mit Öl gefüllt werden, um vor allem die Verzahnungskupplung vor Verschleiß zu bewahren.

Zwischen der Steuerscheibe 2₀ und den Steuerringen 3„ und 4o ist je ein Käfig 33,, angeordnet, welcher dafür sorgt, daß die Steuerkugeln 5o stets richtige Lage einnehmen. Da die Fliehkräfte die Steuerkugeln gegen den Käfig pressen, ist es angezeigt, die Käfige auf der Steuerscheibe 2₀ mittels schräger Schlitze und Stifte so zu führen, daß keine unzulässigen Reibungswiderstände auftreten.

Beim Einschalten der Kupplung ist ein alias mähliches Anwachsen des Normaldruckes dadurch herbeizuführen, daß z. B. die mechanische Betätigung des Schaltgestänges unter Zwischenschaltung einer weiteren genügend weichen Feder erfolgt. Bei der magnetischen Steuerung ist durch allmähliches Schwächen bzw. Verstärken des Erregerstromes evtl. verbunden mit geeigneten Dämpfungsvorrichtungen dieselbe Wirkung zu erzielen.

Die Drehmomentkupplung kann, wie gezeigt, recht verschiedenartig ausgebildet werden. In allen Fällen dient jedoch der erste Teil der Kupplung sowohl als Federkupplung als auch als Steuerorgan der Reib- bzw. Lamellenkupplung, um das Umlaufrädergetriebe vor Überlastung zu schützen. Für ein einwandfreies Arbeiten ist die mehr oder weniger scharfe bzw. plötzliche Arbeitsweise der Sonnen- oder Motorbremse ohne Belang. Für die Bremsen d und g sind in an sich bekannter Weise Hilfsmotoren, Elektromagnete, Steuerzylinder 0. dgl. vorzusehen.

Die Sonnenbremse d wird betriebsmäßig nur

.. gelüftet; ihre Bremselemente haben also, falls sie nicht gleichzeitig als Betriebsbremse dient, keine Schlupfarbeit aufzunehmen· Sonnenbremse und Kupplung sind zweckmäßig so zu verriegeln, daß die Bremse erst dann gelüftet wird, wenn die Kupplung bereits gefaßt hat, was in verschiedener Weise, z. B. durch mittelbare oder unmittelbare mechanische oder elektrische Abhängigkeitssteuerung, durchführbar ist. Weitere Verriegelungs- und Hilfskontakte bewirken nacheinander ein Trennen der Generator-Motor-Verbindung und Einfallen der Motorbremse. Hier ist die Bremsperiode sehr kurz, da sowohl das Getriebe als auch die Bremse verzögernd auf den Motoranker einwirken.

Am stärksten werden die Reiblamellen der Kupplung beansprucht, so daß es vorteilhaft sein kann, die Umschaltperiode auf die verschiedenen Gänge, die in ihrer Wirkung auf die Blindwelle bzw. Treibwelle stufenlos verläuft, nicht unnötig lange auszudehnen. Sie · ist am kürzesten bei Ausschaltung der Betriebsstoffzufuhr, was manuell oder selbsttätig erwirkt werden kann, wie z. B. mittels Hilfskontaktes am Steuergestänge der Kupplung und Frequenzrelais in Abhängigkeit vom ■ Kupplungsschlupf. Da die Drehzahlgrenzen (höchste und niedrigste Drehzahl der Kraftmaschine) bei einer bestimmten Type festliegen, so ist nur noch durch Verringern der ständig mit der Kraftmaschinenwelle umlaufenden Schwungmassen eine weitere Kürzung der Umschaltperiode herbeizuführen. Dieses ist infolge der vorhandenen Federkupplung, die ein außergewöhnlich großes Arbeitsspeichervermögen besitzt, dann ausführbar, wenn schädliche Rückwirkungen durch den erhöhten Ungleichförmigkeitsgrad der Kurbelwelle vermieden werden, wie z. B. in bekannter Weise durch Anbringen von Dämpfern am Regler. Besser ist jedoch, in 'die Antriebswelle des Reglers eine innerhalb des praktischen Drehzahlbereiches resonanzfreie Federkupplung einzuschalten oder den Regler von der Generatorwelle antreiben zu lassen.

Für die Auslegung der elektrischen Maschinen — Generator und Motor — sind verschiedene Gesichtspunkte zu beachten, z. B. geringes Gewicht, bequeme Steuerung, einfache Einrichtung — insbesondere der Feldregelung—, Betriebssicherheit, Art der Hilfsmaschinenantriebe und Wahl der elektrischen Einrichtung des Fahrzeuges. Es erscheint zunächst am naheliegendsten, den Generator mit regelbarer Fremderregung arbeiten zu lassen. Mit Hilfe eines Feld- und Brennstoffreglers kann so unter Beachtung von VoIt- und Amperemeter jeder gewünschte Belastungszustand des Generators eingestellt werden. Das Amperemeter gibt gleichzeitig über die Drehmomentbelastung Aufschluß.

Abb. 8 zeigt die Kennlinien eines derartigen Antriebes. Die elektrischen Maschinen sind hier für etwa '/4 der Kraftmaschinenleistung ausgelegt, wobei jedoch beachtet wurde, daß sie kurzzeitig die doppelte Leistung abgeben können. Sämtliche Linienzüge sind in .Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit ν aufgetragen. Die geringen Verluste des elektrischen und mechanischen Getriebes wurden der Einfachheit halber nicht berücksichtigt. Es bedeuten: JV = Kraftmaschinenleistung, JV' = Leistung des Haupt-

strommotors, P = Gesamtdrehmoment bzw. Zugkraft, η = Kraftmaschinendrehzahl.

Währenddes ersten Fahrabschnittes (Gang I) Vz=. O — 0,25 wirkt nur der Hauptstrommotor auf die Treibwelle. Die Drehzahl der Kraftmaschine bleibt mit ihrem niedrigsten Betriebswert konstant, bis das Feld des Generators allmählich voll erregt ist. Hiernach fährt die Kraftmaschine bis zu ihrer höchsten Drehzahl hinauf, wobei die Zugkraftlinie mit Rücksicht auf die Kommutierungsverhältnisse allmählich von 2 auf 1,5 fällt. Nach Umschaltung auf rein mechanischen Antrieb (Gang II) steigt die Zugkraftlinie wieder auf 2, um allmählich bis ν ■=■ o,75 auf 1 abzuklingen. Die thermische Beanspruchung der Kraftmaschinenzylinder sollen hier die Grenzlinie bilden. Um die höchste Falirzeuggeschwindigkeit (Gang III) zu erzielen, wird der elektrische Antrieb hinzugeschaltet. Die Kraftmaschinendrehzahl fällt zunächst ein wenig ab, um nach Herstellung der vollen Felderregung des Generators mit dem Motor gemeinsam bis ^ = 1,05 hoch zu laufen. In diesem Punkt ist die Zugkraftlinie etwa = 0,7. Eine weitere Geschwindigkeitssteigerung ist nur bei stark abfallender Zugkraftlinie, die durch die Charakteristik des Motors bedingt ist, möglich, z. B. Talfahrten. Die maximale Zugkraftlinie, die keine betriebstechnisch nachteiligen Stufen aufweist, ändert sich in ihrem Hauptverlauf von 2 auf 0,7, d. h. das Fahrzeug läuft mit etwa dreifachem Moment an. Aus elektrischen Gründen ist bei denselben Maschinengrößen ein vierfaches Anfahrmoment erreichbar.

Die Leistungslinie N zeigt, daß die Kraftmaschine in einem weiten Geschwindigkeitsbereich außerordentlich gut ausnutzbar ist. Beachtenswert ist ferner, daß die elektrischen Maschinen im Geschwindigkeitsbereich 0,75 bis 1,25 nicht überlastet werden können. Eine Überlastung ist nur im ersten Fahrabschnitt (Gang I) möglich, der jedoch betriebsmäßig nur kurzzeitig benutzt wird. Bei Leer- und Rangierfahrten und genügend kleinem Fahrwiderstand kann sich dieser Abschnitt bis ν = 0,5 ausdehnen.

Mit Hilfe bekannter Einrichtungen ist der Feldregler des Generators auch selbsttätig zu steuern, z. B. in Abhängigkeit vom Ankerstrom oder von der Spannung einer Akkumulatorenbatterie, die für das Anwerfen der Kraftmaschine und den Antrieb verschiedenster Hilfsmotoren vorteilhaft verwendbar ist.

In vielen Fällen, und zwar besonders dann,

wenn der Generator nicht gleichzeitig als Lademaschine dient, ist ein selbstregelnder Generator mit Rücksicht auf seine einfache Bedienung vorzuziehen. Der Generator erhält zu diesem Zweck im wesentlichen neben der Nebenschluß- bzw. fremderregten Wicklung eine Gegenverbund wicklung, die es ermöglicht, nur durch Veränderung der Brennstoffzufuhr die Geschwindigkeitsregelung für alle Fahrabschnitte durchzuführen. Für die Einschaltung der einzelnen Gänge ist ein Steuerschalter in keinem Fall zu entbehren. Außer diesem Gangwähler ist ein Kupplungsschalter vorteilhafterweise vorzusehen, um jederzeit die Antriebsmaschine vom Getriebe trennen und gegebenenfalls schnellstens den alten Betriebszustand wiederherstellen zu können. Während des Gangwechsels z. B. beim Anfahren wird die Kupplung betriebsmäßig nicht gelüftet, weil der Energiefluß nicht unterbrochen werden darf.

Claims (11)

1. Patentansprüche:

   i. Elektromechanisches Getriebe zum Antrieb von Diesellokomotiven und ähnlichen Fahrzeugen mittels eines Umlaufrädergetriebes, dessen Glieder mit wahlweise als Motoren oder Generatoren arbehenden elektrischen Maschinen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Glied eines Umlaufrädergetriebes (e), welches vorzugsweise eine Bremsvorrichtung (d) besitzt, über eine schaltbare Kupplung (c) sowohl mit der Kraftmaschine (α) als auch gleichzeitig mit der im wesentlichen als Generator arbeitenden elektrischen Maschine (&) in mechanische Verbindung gebracht werden kann, das zweite Glied dieses Getriebes mit einer oder -mehreren im wesentlichen als Motor arbeitenden elektrischen Maschinen (/), die zweckmäßige Bremsvorrichtungen (g) besitzen, verbunden ist und das dritte Glied unmittelbar oder über ein mechanisches Getriebe die Treibräder des Fahrzeuges antreibt, und daß die Kupplung (c) sowie die elektrischen Maschinen (b, f) und Bremsvorrichtungen (d, g) mittels Schaltorgane von Hand oder selbsttätig in der für die einzelnen Gangarten notwendigen Reihenfolge geschaltet werden.
2. 2. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Glied des Umlaufrädergetriebes als ein Sonnenrad (1), das zweite als ein die Achsen der Umlaufräder (2) tragendes Zahnrad (3) ausgebildet ist, auf welches die im wesentlichen als Motor arbeitenden elektrischen Maschinen (/) mit Bremsvorrichtungen (g) arbeiten, und das dritte Glied ein Zahnrad (5) mit Innenbzw, ein Zahnrad mit Innen- und Außenverzahnung bildet, bei dem die Energie vom Hohlrad (5) unmittelbar oder von

   der Außenverzahnung durch ein oder mehrere Zahnräder abgenommen wird.
3. 3. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (5) als Differentialgetriebe ausgebildet ist, damit die der Innenverzahnung zugeführte Energie über Ausgleichräder 0. dgl. an zwei mit gleicher oder verschiedener Drehzahl umlaufende Zahnkränze weitergeleitet wird.
4. 4. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß Kraftmaschine (α), Getriebe (e),' -Kupplung (c) in der aufgezählten Reihenfolge axial hintereinander angeordnet sind, daß das Sonnenrad (1) auf einer Hohlwelle befestigt und die zur Kupplung führende Antriebswelle durch die Hohlwelle hindürchgeführt ist.
5. 5. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufräder (2) Wälzringe (9', 9") mit Führungsabsätzen und das Hohlrad (5) Wälzringe (10', 10") mit Führungsansätzen tragen, um eine gute Führung und Schmierung' des Hohlrades zu erzielen.
6. 6. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Käfigzwischenstücke (12) als Ölkammern mit Öldüsen zur Schmierung ausgerüstet sind.
7. 7. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines stoßfreien Ein- und Umschaltens die Kupplung (c) als eine Vereinigung von drehelastischer Federkupplung (2₀ bis 8₀) mit schaltbarer wie auch drehmomentabhängig selbststeuernder Reibungskupplung (i2₀ bis 19,,) ausgebildet ist, bei der der von der Kraftmaschine (a) kommende Energiestrom zunächst über die Federkupplung geleitet wird, von der dann der eine Teil zu der im wesentlichen als Generator arbeitenden elektrischen Maschine (b) fließt, während der andere Teil über die Kupplungsreibflächen (i2₀, 14,,) dem Umlaufräderge-= triebe (e) zugeführt wird und die Selbststeuerung der Kupplung (c) in Abhängigkeit von dem Gesamtdrehmoment der Kraftmaschine (α) erfolgt.
8. 8. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekenn-' zeichnet, daß in der Kupplung (c) zwischen dem federbelasteten Ring (i7₀) und den Reiblamellen (i2₀, I4_O) noch kurze Federn (190) eingeschaltet sind, um die Steuerung weicher zu gestalten.
9. 9. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierung der inneren Kupplungsteile von einem Außenlager (e) über das mit größerer Bohrung versehene Führungslager (2O₀) erfolgt.
10. 10. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme der Fliehkräfte die Steuerkugeln (S₀) der Kupplung (c) durch Käfige (33₀) geführt sind. welche mittels schräger Schlitze und Stifte o. dgl. den Bewegungen der Kugeln (5o) folgen, um schädliche Bewegungswiderstände zu vermeiden.
11. 11. Elektromechanisches Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung der Kupplungen (c) nnd Bremsen (d, g) und* zum Schalten der elektrischen Maschinen (5, f) neben einem Gangwähler ein Kupplungsschalter vorgesehen ist, um jederzeit unabhängig von der Stellung des Gangwählers den Energiefluß von Kraftmaschine und Elektromotoren unterbrechen zu können.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen