-
Selbsttätige Regelvorrichtung für das Getriebe von Kraftfahrzeugen,
insbesondere von Diesellokomotiven Die Erfindung bezieht sich auf eine selbst-.
tätige Regelvorrichtung für das Getriebe von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Diesellokomotiven,
mit Kraftübertragung durch ein Strömungsgetriebe, das zwecks Anpassung an die verschiedenen
Betriebszustände mit verstellbaren Schaufeln ausgerüstet ist.
-
Bekannt sind Schaltvorrichtungen für aus mehreren Kreisläufen zusammengesetzte
Strömungsgetriebe, bei denen durch ein selbsttätiges Schalten in Abhängigkeit von
einem bestimmten Drehzahlverhältnis zwischen Sekundär- und Primärdrehzahl eine Umschaltung
von einem Kreislauf auf einen anderen durch Entleeren des bisher gebrauchten und
Füllen des neuen Kreislaufs erfolgt. Durch die bekannte Umschalteinrichtung wird
an den inneren Verhältnissen der einzelnen Kreisläufe, d. h. an der Leistungs-,
Drehmoment-und Wirkungsgradcharakteristik, nichts geändert.
-
Bekannt ist es ferner, zur Erzielung einer bestimmten Kennlinie. Strömungsgetriebe
mit veränderbarer, von Hand regelbarer Schaufelstellung zu verwenden.
-
Demgegenüber liegt der Erfindung der Gedanke
zugrunde.
daß sich Strömungsgetriebe mit veränderbarer Schaufelstellung in weitgehender und
recht zweckmäßiger Weise durch das Drehzahlverhältnis zwischen Primär-und Sekundärwelle
stetig regeln lassen. Die selbsttätige Schaufeleinstellung in Abhängigkeit von dein
Verhältnis @eknnd är drehzahl : Primärdrehzahl erfolgt durch das Zusammenarbeiten
zweier Regelglieder. von denen das eine von der Antriebswelle und dan andere von
der Abtriebswelle des Ströinunasgetriebes angetrieben wird.
-
Dann läßt sich, trotz des bei unveränderter Schaufelstellung z. B.
mit steigender Fahrgeschwindigkeit sinkenden Priniärdrelinioinents. über den ganzen
Bereich der Sekundärdrehzahl bzw. Fahrgeschwindigkeit ein konstantes Drehmoment
oder ein nach einer anderen vorher gewählten Gesetzmäßigkeit verlaufendes Drehmoment
erreichen. Für jedes Verhältnis Sekundärdrehzahl : Primärdrehzahl läßt sich dann
stetig eine Schaufelstellung selbsttätig einstellen, die beim Entwurf festgelet
wurde und günstigste Z-erhältnisse _sowohl' für den -Motor als auch für das Getriebe
ergibt. Die Regelvorrichtung nach der Erfindung wirkt also im Ge<-ensatz zu der
eingangs erwähnten bekannten Schaltvorrichtung auf die inneren Verhältnisse des
Strömungsgetriebes ein.
-
Zwischen die Regelglieder und die verstellbaren Schaufeln des Strömungsgetriebes
ist vorteilhaft ein Cbertragungsglied, z. B. eine Kurvenscheibe, geschaltet, deren
Gestalt so gewählt werden kann. daß sich für jede -Motorleistung ein über den gesamten
Bereich der Fahrgeschwindigkeit gleichbleibendes Primärdrehmoment ergibt. Durch
entsprechende Wahl der Kurve der Scheibe wird jedoch darüber hinaus die -Möglichkeit
geschaffen, daß ohne Änderung des Aufbaues des Strömungsgetriebes statt des konstanten
Primärdrehmoments mit demselben Strömungsgetriebe ein beispielsweise im ersten Viertel
des Bereichs erhöhtesPriniärdrelitnoinentverwirklichtwird. ' Abb. i der Zeichnung
zeigt in grundzügiger Darstellung beispielsweise eine Regelvorrichtung gemäß der
Erfindung für eine Diesellokomotive.
-
Abb. 2 ist ein Schaubild zur Erläuterung der der -Torrichtung nach
Abb. i zugrunde liegenden Gesetzmäßigkeiten.
-
Abb.3 stellt die Regelvorrichtung nach Abb. i für eine andere Einstellung
dar.
-
Die Kurbelwelle i (Abb. i und 3-) des Dieselmotors 2 der Lokomotive
ist mit der Primärwelle 3 eines Strömungsgetriebes :1. gekuppelt, dessen Sekundärwelle
5 mit weiteren. die Antriebskraft zu den Treibachsen der Lokomotive leitenden Gliedern
verbunden ist. Das Strömungsgetriebe .l besitzt nicht dargestellte. in bekannter
Weise zu einem Ströinungskreislauf vereinigte Pumpenschaufeln, Leitschaufeln und
Turbinenschaufeln. Dic Pumpenschaufeln sind wie bekannt verstellbar ausgebildet.
-
Parallel zu der Primärwelle 3 ist eine Welle 6 gelagert. die über
ein Ritzel 7 und nicht dargestellte Zahnräder mit der Kurbelwelle i zwangsläufig
gekuppelt ist. An dein von dem -Motor 2 abgewandten Ende sitzt an der «-elle 6 senkrecht
zu dieser eine Kreisförmige Scheibe B. Parallel zur Welle 5 ist eine Welle g gelagert,
die mittels eines Ritzels io und nicht dargestellter Zahnräder mit der Welle ; zwangsläufig
gekuppelt ist. An (lein dein -Motor 2 zugewandten Ende der `Felle g sitzt ein Kegelrad
i i, das mit einem Kegelrad 1 2 in Eingriff steht. Dieses ist auf einer parallel
zur Scheibe 8 gelagerten Welle 13 befestigt. die in ihrem mittleren Teil eine Gewindespindel
14 mit rechts steigendem Gewinde trägt. Auf der Spindel rd. sitzt eine als Reibrolle
ausgebildete Mutter 1 _5, deren Umfang ballig ausgebildet ist und mit Druck an der
von dem Motor -2 abgewandten Stirnfläche 16 der Reibscheibe 8 in einem Punkt 17
anliegt. Die Reibrolle 15 hat eine Führungsrille 18, in die eine an einer lotrecht
geführten Stange ig sitzende Gabel 2o eingreift. An das untere Ende der Stange ig
ist ein Hebel 21 angelenkt. dessen anderes Ende auf einer eine Kurvenscheibe 22
tragenden Achse 23 befestigt ist. An dem Umfang der Kurvenscheibe 22, der in dein
dargestellten Falle etwa die Gestalt einer Spirale hat, liegt eine Rolle 24 an,
die am Ende einer lotrecht nach oben geführten Stange 25 sitzt. Das obere Ende 26
der Stange 25 greift an einem Hebel 27 an. der um eine Achse 28 drehbar ist. Diese
Achse ist über nicht dargestellte Verstellglieder finit den verstellbaren Pumpenschaufeln
des Strömungsgetriebes 4 verbunden. Bei der in Abb. i mit .-f bezeichneten Stellung
des Hebels -27 geben die Pumpenschaufeln zwischen sich die größte Öffnung frei.
Die Stellung Z des Hebels 27 entspricht der Schließstellung der Schaufeln.
-
Die Achse 23 ist drehbar in dem einen Schenkel 29 eines um eine Achse
3o drehbaren Winkelhebels gelagert. An dem anderen Schenkel 31 des Winkelhebels
greift eine ah einem Arbeitskolben 32 befestigte Stange 33 an. Der Kolben 32 ist
in einem Zylinder 34 geführt und liegt bei der in Abb. i dargestellten Lage mit
einem Anschlag 35 an der einen Stirnwand 36 dieses Zylinders an. Auf den Kolben
32 wirkt eine Druckfeder 37, die sich gegen die andere Stirnwand 38 des Zylinders
3.4 stützt. Zwischen dem Kolben 32 und der Stirnwand 36 mündet in den Zylinder 3:1
eine Leitung 39, die von dem -Mantel eines Steuerzylinders 4o mit lotrechter
Achse ausgeht.
Ein Stück oberhalb der Leitung 39 ist an den Zylinder4o
eine Leitung41 angeschlossen, die mit einem nicht dargestellten Druckluftbehälter
in Verbindung steht. Von der Unterseite des Zylinders 40 führt eine Leitung 42 ins
Freie. Innerhalb des Zylinders 40 ist ein Kolbenschieber 43 geführt, auf dessen
Unterseite eine auf der unteren Stirnwand 44 des Zylinders 4o ruhende Druckfeder
45 wirkt. Beider in Abb. i dargestellten Lage liegt der Kolbenschieber 43 mit seiner
Oberseite an der oberen Stirnwand 46 des Zylinders 4o an. Der untere Teil des Kolbenschiebers
43 hat einen Bund 47, welcher in der in Abb. i dargestellten Lage die Verbindung
zwischen den Leitungen 41 und 39 unterbricht. An der Oberseite des Kolbenschiebers
43 sitzt ein durch die Stirnwand 46 hindurchgeführter Stift 48, oberhalb dessen
sich eine um eine waagerechte Welle 49 drehbare Kurvenscheibe 5o befindet. Die Welle
49 ist mit einer nicht dargestellten Einrichtung zur Einstellung der Motorleistung
verbunden. Bei der in Abb. i dargestellten Lage der Kurvenscheibe 5o befindet sich
zwischen dieser und dem Stift 48 Spiel.
-
Es sei angenommen, daß die Kurbelwelle i und damit die Primärwelle
3 mit einer bestimmten Drehzahl n1 (Primärdrehzahl) umlaufen. Unter Vermittlung
des Ritzels 7 und der mit diesem kämmenden Zahnräder wird dann der Welle 6 eine
der Primärdrehzahl verhältnisgleiche Drehzahl c - n1 erteilt. Ferner möge die Lokomotive
mit einer bestimmten Geschwindigkeit fahren, der eine bestimmte Drehzahl n2 der
Sekundärwelle 5 (Sekundärdrehzahl) entspricht. Das Ritzel io und die mit diesem
kämmenden Zahnräder sowie die Welle 9 und die Kegelräder i i und 12 vermitteln dann
der Welle 13 und damit der Spindel 14 eine der Sekundärdrehzahl verhältnisgleiche
Drehzahl k_- n2. Der Drehsinn der Wellen 6, 9 und 13 wird durch die eingetragenen
Pfeile x, y und z bezeichnet. Die Reibscheibe 8 nimmt die Reibrolle
15 mit und erteilt ihr eine Umfangsgeschwindigkeit u, die verhältnisgleich dem Produkt
aus der Primärdrehzahl n1 und dem Abstand a des Berührungspunktes 17 von der Achse
der Welle 6 ist: u = C - n1 # a. Die Drehzahl nr der Reibrolle 15 ist, wenn
b deren Halbmesser ist, verhältnisgleich dem Verhältnis
dann gilt
Ist diese Drehzahl größer als die Drehzahl k-n. der Welle 13, so wird die Reibrolle
15 auf der Spindel 14 nach unten geschraubt; ist nr kleiner als k -,n., so bewegt
sich die Reibrolle 15 nach oben. Die Reibrolle kommt dann zur Ruhe, wenn durch Verkleinerung
bzw. Vergrößerung des Abstandes a die Drehzahl n,. der Reibrolle 15 gleich der Drehzahl
k-n, der Spindel 14 geworden ist. Es gilt dann
d. h. jedem Verhältnis Sekundärdrehzahl : Primärdrehzahl entspricht eine bestimmte
Stellung der Reibrolle 15. Bewegt sich diese nach unten, so wird unter Vermittlung
des.Gestänges 2o, 19, 21 sowie des Zapfens 23 die Kurvenscheibe z2 im Uhrzeigersinne
gedreht. Infolgedessen bewegt sich die Stange 25 nach oben und nähert sich der Hebel
27 der Stellung Z. Dies hat eine Verkleinerung der von den Schaufeln des Strömungsgetriebes
4 freigegebenen Öffnung zur Folge. Eine Bewegung der Reibrolle 15 nach oben vergrößert
diese Öffnung. Jedem Verhältnis der Sekundärdrehzahl : Primärdrehzahl entspricht
somit auch eine ganz bestimmte Schaufelstellung, und zwar einem großen Wert
eine große und- einem kleinen Wert
eine kleine Schaufeleröffnung.
-
In dem Schaubild nach Abb. 2 ist über der Fahrgeschwindigkeit bzw.
der Sekundärdrehzahl das vom Motor abgegebene Moment bzw. das Primärmoment des Strömungsgetriebes
aufgetragen. Die Parabeln 51, 52 und 53 sind Linien für gleichbleibende Verhältnisse
und damit für gleiche Schaufelstellungen. Infolgedessen sind sie auch Linien hydraulisch
ähnlicher Verhältnisse, so daß für sie die Beziehung gilt, daß das Motordrehmoment
mit dem Quadrat und die Motorleistung mit der dritten Potenz der Primär- und Sekundärdrehzahl
zunehmen. Das einer Parabel zugrunde liegende Verhältnis und die zugehörige Schaufeleröffnung
sind
um so größer, je weiter die Parabel nach rechts verschoben ist. Die Parabeln
51, 52, 53 sind außerdem Linien gleichen Wirkungsgrades des Strömungsgetriebes (hydraulischen
Wirkungsgrades). Durch entsprechende Formgebung der Kurvenscheibe 22 ergibt sich
eine bestimmte Gesetzmäßigkeit, nach der sich bei den verschiedenen Verhältnissen
bestimmte Schaufeleröffnungen einstellen; z. B. kann man erreichen, daß jeder Parabel
der höchste hydraulische Wirkungsgrad, der für das die Parabel bestimmende Verhältnis
möglich ist, zugeordnet wird.
-
Der besseren Verständlichkeit halber sei für die folgende Erläuterung
der Wirkungsweise der Anordnung vorausgesetzt, daß für gleichbleibende Motorleistung
die Motordrehzahl und das Motordrehmoment unabhlingig von der Sekundärdrehzahl sein
sollen.
Die Kurven 5.M, 55, 56 sind Linien des Priinärdrelimoments
bei gleicher Primärdrehzahl ttl für verschiedene, den Parabeln 5i, 5:-', 53 entsprechende
Schaufelstellungen. Die Schnittpunkte dieser Kurven mit den zugehörigen Parabeln
liegen auf einer Waagerechten 57. Die Kurven 58, 59, 6o entsprechen den Kurven 5.1.,
55, 56 unter Zugrundelegung der doppelten Primärdrehzahl. Die Schnittpunkte
der Kurven 58, 59, 6o mit den Parabeln 5 i, 52, 53 entsprechender Schaufelstellung
liegen auf einer Waagerechten 61.
-
Es sei angenommen (Betriebspunkt da1, der Motor entsprechend einer
bestimmten Einstellung der Brennstoffzufuhr mit einer bestimmten Leistung A7 1 und
dabei mit einem Drehmoment 111 und einer Drehzahl n1 laufe; die Lokomotive fahre
mit einer Geschwindigkeit, der eine Sekundärdrehzahl sa., entspreche. Dem sich ergebenden
Verhältnis
ist die Schaufelstellung der Parabel 52 und der dieser entsprechende hohe
hydraulische Wirkungsgrad zugeordnet.
-
Sinkt z. B. infolge einer Vergrößerung der Steigung der Strecke die
Fahrgeschwindigkeit und damit die Sekundärdrehzahl auf den Wert ia,, ; so
würde bei unveränderter Schaufelstellung das Primärdrehmoment das Bestreben haben,
längs der Kurve 55 bis zu dem Punkt B zu steigen, wobei der hydraulische Wirkungsgrad
unter Umständen stark absinken könnte. Die Regelvorrichtung nach der Erfindung verkleinert
jedoch entsprechend der Verkleinerung des Verhältnisses Sekundärdrehzahl : Primärdrehzahl
augenblicklich die von den Schaufeln freigegebene Üffnung und wirkt dadurch dem
Steigen des Primärdrehmoments entgegen, so daß im vorliegenden Falle das Ausgangsprimärdrehmoment
11i aufrechterhalten wird. Es ergibt sich dann der Betriebspunkt C mit der der Parabel
51 zugeordneten Schaufelstellung und dem zugehörigen hohen hydraulischen Wirkungsgrad.
Im Gegensatz hierzu -,würde sich bei einer Einstellung der Schaufeln von Hand die
Einhaltung hoher hydraulischer Wirkungsgrade äußerst schwierig gestalten. da die
Motorleistung, die Fahrgeschwindigkeit und das von der Schaufelstellung beeinflußte
Drehmoment voneinander unabhängige Größen sind.
-
Steigt die Fahrgeschwindigkeit und damit die Sekundärdrehzahl z. B.
auf den Wert si,", so stellt sich entsprechend dem vergrößerten Wert
die der Parabel 53 zugeordnete Schaufelstellung ein, wobei wiederum das Primärdrehmoment
111 und ein hoher hvdraulischer Wirkungsgrad aufrechterhalten bleiben (Betriebspunkt
D).
-
Wird ausgehend von dem Betriebspunkt _-die -Motorleistung bei zunächst
unverändertes f ahrgeschwindigkeit z. B. auf das Achtfache erhöht (Betriebspunkt
E), so ergibt sich infolge der im vorliegenden Falle verdoppelten Motordrehzahl
eine Verkleinerung des Verhältnisses Sekundärdrehzahl : Primärdrehzahl und damit
eine Verkleinerung der von den Schaufeln freigegebenen Üitnung. Es stellen sich
die der Parabel 51 zugeordnete Schaufeleröffnung und der zu dieser gehörige hohe
livdraulisclie Wirkungsgrad ein. Infolge des im vorliegenden Falle auf das Vierfache
erhöliten Priinärdreliinonients wird das Fahrzeug beschleunigt, mit wachsender Fahrgeschwindigkeit
(Betriebspunkte F und G) vergrößert sich das Verhältnis Sekundärdrehzahl : Primärdrehzahl
und damit die Schaufeleröffnung. Hierdurch wird einerseits dem Absin1.#en des Primärdrehmoments
entgegengeWirkt, das im vorliegenden Falle unverändert bleibt; andererseits wird
über den ganzen Fahrbereich ein hofier hydraulischer Wirkungsgrad aufrechterhalten.
-
Abweichend von dem Schaubild nach Abb.2 l@ann man durch entsprechende
Gestaltung der Kurvenscheibe 2-2 (Abb. i) erreichen, daß sich das Primärdrehmoment
bei gleichbleibender Motorleistung innerhalb gewisser Grenzen mit wechselnder Fahrgeschwindigkeit
ändert. -Man erhält dann statt der Waagerechten 57 und 61 nach oben oder nach unten
gekrümmte Kurven.
-
Einen Sonderfall bildet der Leerlaufbetrieb des Motors. Hierbei müssen
sich die Schaufeln des Strömungsgetriebes unabhängig von dem Verhältnis Sekundärdrelizalil
: Primärdrellzahl, d. h. unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit, in Schließstellung
befinden; die Regelvorrichtung mur also ausgeschaltet werden. Diesen Fall erläutert
Abb. 3, für welche dieselben Bezeichnungen gelten wie für Abb. i.
-
Die Kurvenscheibe 5o, die bei der Einstellung der Brennstoffzufuhr
zum Motor mittels der Welle49 gedreht wird, bleibt bei allen einer Belastung des
Motors zugeordneten Stellungen, z. B. nach Abb. i, außer Eingriff mit dem Stift
48. Bei der in Abb.3 dargestellten Leerlaufeinstellung hingegen drückt die Scheibe
5o den Kolbenschieber -43 entgegen dein Widerstand der Feder .M5 nach unten, so
da13 eine Verbindung zwischen der Leitung 41 und 39 hergestellt wird. Infolgedessen
strömt Druckluft in den Arbeitszylinder 3-. und schiebt den Arbeitskolben
32 gegen den Widerstand der Feder 37 nach rechts. Dies hat zur Folge, daß
der Winkelhebel 29, 3 i uni die Achse 30 dem L"hrzeigersinne entgegengedreht
wird und sich die Kurvenscheibe 22 sowie die Spindel -25 nach oben bewegen, bis
der Hebel 27 in die Stellung Z gelangt. Alsdann befinden sich die Schaufeln des
Strötnungsgetrieben
in Schließstellung. Dies geschieht unabhängig
von der jeweiligen Lage der Kurvenscheibe 22. Ist diese unter dem Einfluß der Reibrolle
15 um einen großen Winkel dem Uhrzeigersinne entgegengedreht worden, was einer großen
Schaufeleröffnung entsprechen würde, so muß der Kolben 32 einen verhältnismäßig
großen Weg zurücklegen, um den Hebel 27 in die Stellung Z zu bringen. Ist hingegen
die Kurvenscheibe 22 um einen gro-ß en Winkel imUhrzeigersinnegedreht worden,
was einer kleinen Schaufeleröffnung entspricht, so braucht der Kolben 32 nur einen
kleinen Weg nach rechts zurückzulegen, um die Schaufeln endgültig in die Schließstellung
zu bringen.
-
Geht man vom Leerlaufbetrieb auf Betrieb mit Belastung über, so wird
die Kurvenscheibe 5o aus dem Bereiche des Stiftes 48 herausgedreht. Infolgedessen
drückt die Feder 45 den Kolbenschieber 43 nach oben, bis er wieder an der Stirnwand
46 anliegt. Der Bund47 sperrt dann die Verbindung zwischen den Leitungen 41 und
39 ab und stellt über die Leitungen 39 und 42 zwischen dem Zylinder 34 und der Außenluft
eine Verbindung her, so daß der Arbeitskolben 32 unter dem Einfluß der Feder 37
wieder in seine äußerste linke Lage gemäß Abb. i gebracht wird. Infolgedessen bewegt
sich die Drehachse 23 der Kurvenscheibe 22 so weit nach unten, daß bei Drehung der
Kurvenscheibe um diese Achse ein Verstellen des Hebels 27 innerhalb der Grenzstellungen
Z und A möglich wird. j