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Antriebsvorrichtung für schienenfreie, landwirtschaftlich genutzte
Zugmaschinen Es ist bei schienengebundenen Fahrzeugen bekennt,, durch. eine Brennkraftmaschine,
z. B.. eine DieseImaschine;, einen Kompressorsatz anzutreiben und mit dessen Druckluft
eine Kolbenma,schine zu betreiben, deren hin und her gehende Kolben Bewegung .auf
die Treibräder der Lokomotive Übertragen wird. Obgleich diese Anordnung für Dieseldruckluftlokomoti.ven
seit ;fahrzehnten bekannt ist, ist es bisher neu, eine gleiche Anordnung für landwirtschaftlich
genutzte Zugmaschinen zu verwenden. Gerade bei diesen machen sich die Vorteile einer
solchen Antriebsvorrichtung besonders bemerkbar, denn man kann auf diese Weiser
eine Reihe: derjenigen Elemente aus der Zugmaschine entfernen, die bei den bekannten
Zugmaschinen in sehr unerwünschter Weise das Gewicht, den Preis und die Schwierigkeiten
der Bedienung erhöhen. Diese Elemente sind insbesondere die Kupplung, das Differentialgetriebe
und das Stufengetriebe. Außerdem kann man das an den. Fahrrädern zur Wirkung kommende
Drehmoment unabhängig von der Drehzahl der Fahrräder gestalten, so, daß man., was,
gerade bei landwirtschaftlich genutzten. Zugmaschinen wichtig ist, mit einem sehr
großen Drehmoment die Zugmaschine anfahren kann.
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Bekannt sind als landwirmschaftl-iche Zugmaschinen dampfgetriebene
Vorrichtungen nach Art der Lokomobilen, die jedoch für Iandwirtschaftliche Zwecke
im wesentlichen nicht mehr verwendet werden, weil - slie durch die Übliche Feuerungs-
und Kesselanlage außeroT,dentlich schwer werden, ihre Inbetriebsetzung eine lange
Arbeitszeit
bedingt und die Kesselleistung den stark wechselnden Ansprüchen, die an landwirtschaftliche
Zugmaschinen. gestellt werden, nicht genügend schnell angepaßt werden kann.
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Die Erfindung besteht also im. der Übertragung einer an, sich dem
Grunde nach auf einem anderen Gebiet bekannten Antriebsairt.auf das Sondergebiet
schienenfreier, landwirtschaftlich genutzter Zugmaschinen. Damfiber hinaus betrifft
die Erfindung noch eine Reihe weiterer Sondermaßnahmen, wodurch derartige Maschinen
den gestellten Sonderanforderungen besonders: vorteilhaft angepäßt werden können.
, In dar Zeichnung sind einige Aus führungs:formen der erfindungsgemäßen Anlage
schematisch dargestellt.
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Fig. 1 zeigt den Zylinder 1 einer üblichen, Dieselmaschine mit Kolben
2 und Pleuelstange 3, die in bekannter Weise an einer Kurbelwelle 4 gelagert ist,
deren Lagerstellen 5 nur schemati!sch.angedeutet sind. Durch eine Luftansaugleitung
6 mit in üblicher Weise gesteuertem, in der Zeichnung nicht dargestelltem Ventil
und eine Auuspuflaitüng 7 wild die Verbrennungsluft in Richtung desi Pfeiles A angesaugt
bzw. das verbrannte Gernisch in Richtung, des, Pfeiles. B herausgefordert: Von einem
Brennstofftank $ wird durch die Leitung 9 und eine Brennstoffpumpe 1o das Dieselöl
dem Zylinder 1 zugeführt.
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' Auf der Kurbelwelle 4 ist eine weitere Pleuelstange 11 angeordnet,
an der ein Kolben. 12- befestigt ist, welcher in einem Kompressionszylindkeir 13
läuft und bei seinen Übergang von der oberen in die untere Totpunktlage durch eine
Leitung 14 Luft: in Richtung des Pfei11es C ansaugt. Diese Luft wird nach ihrer
Kornpression durch eine Leitung 15 eineu Expansionskolbenmäschine 16 zugeführt;
die seich bei der dargestellten Ausführungsform in Richtung des Pfeiles D um die
Welle 17 dreht. Die Walle 17 ist mit den Treibrädern dien Zugmaschine verbunden.
Durch eire Leitung 1$ traten, Biet Druckgase nach ihrer Expansion aus dem Drehmomenterze!uger
in Richtung das Pfei@lees E aus, An Stelle eines. rotierenden Drehmomenterzeugers
kann auch ein. solcher mit hin und hehr gehenden Kolben verwendest werdlen.
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Die Welle 17 das: Drehmomenterzeuge!rs ist mit einer oder mehreren
Treibradiwellen der Zugmaschine starr und unlösbar gekuppelt, eirforderlichenfalls
unter Einschaltung an sich bekannter Differentialgetriebe zwiischen den Rädern,
der gleichen .Welle oder zwischen mehreren Wellen der 'gleichen Zugmaschine. Es
kann auch je ein Drehmomenterzeüger mit je einem Treibrad der Zügmais:chine starr
und: .unlösbar gekuppelt sein,' wo-: durch sich die Anwendung von Differentialgetrieben
zwischen. dien Treibrädern., z.. B. z`eisc!hen dem Hinterrädern, erübrigt. Werden
nur -zwei Treibräder der Zugmaschinen angetrieben, so, erspart man hierdurch die
Anordnung eines Differentialgetriebes; bei Vierraidantriaherspart man durch die
starre und. unilösbare Kupplung der Drehmomenterzeuger m-it den Treibrädern sogar
die Anordnung von drei Differentialgetrieben, nämlich je eines Differentialgetriebes
zwischen den Rädern der Hinter- bzw. Vorderachse und eines dritten Differentialgetriebes
zwischen. Vorder- und Hinterachse.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 werden die Druckgase das Kompressors.
dem Drehmoment: erzeueger durch die Leitung 15 in Richtung des PfeilesF unmittelbar
zugeführt. Um die Antrieb,svärrichtüng auch bei stillgesetztem Drehmomenterzeuger
weiterlaufen, lassen zu können, ist in die Leitung 15 ein Umschältorg.anz, z. B.
in Form eines Dreiwegehahnes; 19, eingesetzt, der in der Stallung der Fig. 1 die
Verbindung zwischen dem linken und dem rechten Teil der Leitung 15 freigibt. Wird
der Hahn 19 .in Richtung des Pfeiles G um 90'°' verschwenkt, so wird die Verbindung
zwischen. dem linken, Teil der Leitung 1,5 und dem Drehmomenterzeuger 16 aufgehoben.
und dafür eine Verbindung zu der Rückführleitung 2o hergestellt, durch die die komprimierte
Luft dem Kompressor 13 weder zugeführt wird. Die -in dem Kompressor wieder
eintretende kompnimzerte, Luft treibt den Kolben 12 nach unten. und unterstützt
dadurch die Arbeit der weiterlaufenden Dieselmaschine 1, 2. Der Kolmpresso!rkoilban
leistet bei seinem Hochgang Koempres,sionsarbeit, deren Energie er, aus- der Dieselmaschine.
bezieht, und gibt beim Niedergang, von etwaigen Stromungs- und Reibungsverlusten
abgesehen, die gleiche Energiemenge an die Dieselinaschnne zurück, so, daß diese
nur die, zur Erhaltung ihres eigenen Laufes notwendige Leerlaufarbeit zu leisten
hat. Zwecks In!gangsetzung das Drehmornenterzeug°ers wit~d der Umschalthahn 19 wieder
in -seine ursprüngliche Stellung zugedreht.
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Fig.2 zeigt die Anordnung eines. Speicherkessels. a1, ;in den das
rechtsisei,tige Ende der Druckgasleitung 15 einmündet. Von dem Kassel 2.1 führt
eine Leitung a12. das Druckgas dem dairan anschließenden Drehmomen.terzeuger zu.
In die Leitung 15 kann ein. Absperrhahn od. dgl. eingesetzt werden, der bei Abschaltung
der DieseeImaschine i,:?, verschlossen wird; es kann hierzu auch: der Umschalthahn
1g benutzt werden. Will man die Dieselmaschine wieder anlassen, so stellt man durch
entsprechende Öffnung dar Leiturig 15 eine Verbindung zwischen dem Kassel 2:1 und
dem Kompressor 13 har, so daß .die aus darr Kassel 21 durch die Leistung 15 austretendem
Gase den Kompressorkolban.12 abwärtsidrücken, und das in die Ansäug-°leitung 14
das. Kompressors eingebaute Ventil wird dann so daß es Bise den Kolben 12 antreibenden
Gase nach deren Arbeitsleistung im Kompressionszylinder 13 ins Freie austreten läßt,
während ein in der Leitung 15 angeordnetes, beim Laufen der Dieselmaschine ständig
geöffnetes Ventil, das in dar-Zeichnung nicht dargestellt ist, die Verbindung zwischen
dem l,'-ompres,seioiiszyleinder 13 und denn Kessel absperrt, wenn das Ventil in
der Leiturig 14 geöffnet wird. Auf diese Weise kann man vom Kessel 21 har die Dieselmaschine
in Gang setzen.; sobald dies geschehen ist, wird das Ventil in der Leitung 14 wieder
so gesteuert,
daß es als Ansaugventil für den Kompressionszylinder
dient, während das in die Leitung 15 eingebaute Hilfsventil in seine Offenstellung
gebracht und in dieser festgestellt wird. Ein hinter dem Kessel angebrachtes Absperrorgan
23 (Fig. 3), z. B. in Form einer schwenkbaren Absperrklappe, wird während des Anlassens
der Dieselmaschine durch Verschwenken seines Antriebshebels: 24 in die Sperrstellung
gebracht. Der Kessel 21 kann mit einem Auslaßveuti@l 2i5 üblicher Bauart versehen
sein, welches sich bei Erreichung eines bestimmten Höchstdruckes im Kessel öffnet
und den Überdruck in Richtung des Pfeiles IL entweichen läßt.
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Fig. 3 zeigt eine Ausfähru-rigsform, bei welcher in die Leitung 15
zwischen den Umschalthahn ig und den Kessel 2ii eine Brennkammer 26 eingeschaltet
isst, welcher Brennstoff durch eine. mit einer Brennstoffpumpe versehene Leitung
27 in Richtung des Pfeiles L zugeführt wird. Vom dem Antriebsaggregat ist nur der
Kompressor 13 dargestellt; der in gleicher Form wie bei derAnordnung nach Fig. i
durch eine Dieselmaschine angetrieben wird.
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Bei dieser Ausführungsform dient die Dieselmaschine nur noch dazu,
die in dem Kompressor 13 benötigte Verdichtungsarbeit zu leisten, welche notwendig
ist, um die durch die Leitung 15 in die Brennkammer 26 geförderte Luft so weit zu
verdichten und damit zu erhitzen., daß der durch die Leitung 27 der Birenmkammer
26 zugeführte Treibstoff zur Entzündung kommt. Die Verbrennungswärme, des durch
die Leitung 27 zugeführtem Brennstoffes leistet, von den unvermeidlichen Verlusten
abgesehen, Nutzarbeit im Drehmomemterzeuger. Die Dieselmaschine und der Kompressor
können dann bei gleicher Leistung des Drehmomenterzeugers entsprechend kleiner gebaut
werden als bei der Anordnung nach F ig. i ohne die zusätzliche Brennkammer 26.
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An Stelle eigner Brennkammer mit innerer Verbrennung kann auch eine
Heizeinrichtung angeordnet sein,, in welcher an das durch den Kompressor verdichtete
Arbeitsgas Energie durch Wärmezufuhr von außen übertragen wird.
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Die Brennkammer oder die Beheizungseinrichtung kann entweder, wie
in Fig. 3 dargestellt, zwisclien dem Druckerzeuger 13 und dem Kesseil 21 angeordnet
sein, oder auch zwischen dem Kessel 21 und dem Drehmomenterzeuger 16.
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Dadurch, daß die Antriebsvorrichtung i, 13 unabhängig von. der Drehzahl
des Drehmomenterzeugers laufen kann., kann die auf den Drehmomenterzeuger einwirkende
Leistung unabhängig von .dessen Umlaufgeschwindigkeit durch Regelung der Leistung
des Druckerzeuagers gehalten. werden. Man kann z. B. beim Fahren auf abwärts geneigter
Straße mit geringer Leistung des Antriebsaggregats eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit
des Drehmomenterzeugers und damit eine hohe Fahrgesch-windigkei.t der Zugmaschineerreichen.
Ebenso kann man z. B. beim Fahren auf ansteigender Straße durch Erhöhung der Drehzahl
des An: triebsaggregats z, 13 trotz abnehmender Arbeitsgeschwindigkeit des Drehmomenterzeugers
dessen Leistung konstant halten oder sogar steigern. Diese Möglichkeiten sind nicht
nur wichtig für die Regelung der Faihrgeschwindigkeit der Zugmaschine, sondern auch
deshalb, weil dlie Ansprüche an die Leistung- der Zugmaschine bei ihrer la,nd#rvirtschaftlichen
Nutzung großen Schwankungen unterliegen. Beim Pflügens z. B@. ruß die Zugmaschine
bei langsamer Gangart eine große Zugkraft auf das angehängte oder angebaute Pflügegeirät
ausüben., w,ähren-d z. B. beim Hacken von Kartoffeln nur eine geringe Zugkraft,
dafür aber eine- größere. Fahrgeschwindigkeit verlangt wird. Diesen verschiedenen.
Anforderungen versuchte man bisher durch ein regelbares Stufengetriebe gerecht zu
werden. Bei der Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung wird ein solches. entbehrlich.
Dadurch wird. nicht nur das Gewicht und der Preis der erfindungsgemäßen Vorrichtung
verringert, sondern auch die Bedienungsweise vereinfacht. Bemerkt der Fahrer z.
B., daß leg Ausführung irgendeiner bestimmtem Arbeit die Fahrgeschwindigkeit absinkt;
so braucht er nur das Gaspedal, welches die Zuführung von Brennstoff zu der Dieselmaschine
und/oder zu der Brennkammeir oder Heizeinrichtung regelt:, weiter durchzutreten,
wodurch die Leistung der Zugmaschine bis zu dem durch ihre gegeibenen Abmessungen
bedingtem Höchstwert gesteigert und damit die Fahrgeschwindigkeit bei Ausübung einer
bestimmten Arbeit auf jedes gewünschte Maß bis zu dem erreichbaren Höchstwert gesteigert:
werden kann.
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Insbesondere beim Anfahren ist diese Möglichkeit außerordentlich wertvoll.
Bisher rußte der Fahrer der Zugmaschine zu diesem Zweck den niedrigsten Gang einschalten,
um dien Motor auf hohe Tourenzahl und damit auf hohe Leistung zu bringen, und rußte
,dann weiterhin durch ganz allmähliches Einrücken der Kupplung die Leistung des
Motors möglichst stoßfrei auf die Treibräder der Zugmaschine übertragen. Nur durch
Schleifenlassen der Kupplung, wodurch eine erhebliche Abnutzung der Kupplungsbelüige
eintrat, war es bisher möglich,, die Aufgabe der einigermaßen stoßfreiem Übertragung
der Motorleistung auf die Antrie;bsr äd,er der Zugmaschine zu lösen.
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Bei der Antriebsvorrichtung gemäß der Erfin.-du.ng wird diese Aufgabe
automatisch durch. die Vorrichtung selbst gelöst. Während nämlich im normalen Betriebe
die heißen Druckgase in dem mit umlaufenden: oder hin und her gehenden Kolben ausgerüsteten
Drehmome:nterzeuger zwecks wirtschaftlicher Ausnutzung der Brennstoffwäirine expandieren,
kann man bei stillstehendem Drehmomefiterzeuger und mit höchster Tourenzahl laufendem
Antriebsaggregat den erreichbaren Höchstdruck auf den oder die Kolben während ihres
ganzen Arbeitshubes einwirken lassen., so daß man also als Arbeitsdiagramm an dem
oder an den Kalben des Drehmome:nterzeugers ein Rechteck erhält, dessen Ordinate
dem erreichbaren Höchstdruck der Gase und: dessen Abszisse dem gesamten Kolbenweg
entspricht. Die Maschine fährt also in diesem Falle wie eine Dampfmaschine mit voller
Füllung.
Sind in dem Drehmomq#nterze iger mehrere Kolben angeordnet, die im üblichen Betriebe
nacheinander vor die Eins@trämöffnrzng der Druckgase treten, so kann man durch Anordnung
von Überströml#-amiäilen oder mehrerer Zuströmleitungem fier das Druckgas. zu dem
einzelnen Kolben hin s.ämtliehe, in dem Drehmomenterzeuger vorhandenen Kolben gleichzeitig
unter den erreichbaren Höchstdruck setzen, wodurch ein-- außerordentlich hohes und
völlig stoßfrei wirkendes, Anfahrdrehinoment erreichbar ist. Bei den bekannten,
mit Kupplung und regelbarem Stufengeüriebe ausgestatteten Zugmaschinm tritt selbst
dann, wenn man die Kupplung beim Einrücken schleifen läßt, eine sprunghafte Beschleunigung
vom, der Geschwindigkeit Null auf einen endlichen Geschw.rndiigkeitsheitrag ein,
und zwar wird bei diesem Vorgang nuwr ein Teil des im Antriebsmotor erzeugten Drehmo@rnents
auf die Treibräder übertragen.
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Bei der Anordnung gemäß der Erfindung dagegen wird die auf den öder
auf die Kolben einwirk-ende Druckkraft, also. das. Drehmoment, völlig kontinuierlich
bis zu demjenigen: Wert gesteigert, der ein Anfahren; der Zugmaschine hervorruft.
Die Beschleunigung wäschst dadurch. völlig kantinuierlieh, also ohne jeden Sprung,
und der Drehmomenterzeu'ger wirkt dabeü stets von dem vollen Druck des Antriebisaggregats.
beäufschlIagt.
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Die Maschine fährt allerdings unter diesen Verhä'ltnissen wie eine
Dampfmaschine auf Auspuff vom, nicht oder nicht völlig expandierten Druckgasen,
d. h: eise geht ein unter Umständen nicht unerheblicher Teil der in den Gasen noch
enthaltenen Energie verlören. Dieser Energiever'luist ist, wenn er nur kurzfristig
auftritt, im Verhgltnis zu dem gesamten Fnergieibedarf und damit Treibstoffverbrauch
der Maschine uner'heblich. Man kann außerdem die im den Abgasen noch enthaltene
Wärmeenergie zur Vorheizung der komprimierten Druckgase verwenden, so da,ß man einen
Teil der sonst verlorengehenden Energie dadurch wieder ausnutzen kann.
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Von dein Druckerzeuger bzw: vom dem Kessel können nicht bloß die Drehmomenterzenger
für die Antri:ebisrüder der Zugmaschine gespeist werden, sondern auch Antriebsvorrichtungen
für am. den Schlepper angebaute oder an diesen: angehängte Arbeitsgeräte, indem
feste oder bewegliche Leitungen zu den angebauten oder angehängten Geräten führen.
So. kann z. B. das Messer einer an den Schlepper angebauten M.äthvorrichtung durch
Druckgase im. hin und her gehende Bewegung versetzt werden, öder es können an die
Zugmaschine Geräte angehängt werden, deren sonst nur als Abstüt7,ung dienende Räder
mit Drehmorme nfierzeugern verbunden sind, die, von dem Kessel oder dem Druckerzeuger
der Zugmaschine gespeist werden, so,daß auch die Ränder der angehängten Geräte Antriebsräderwerden,
welche Fahrleistung vollbringen und dadurch die Antriebsräder der Zugmaschine von
einem Teil der sonst ausschließlich von diesen zu leistenden Zugarbeit entlasten:
Da die Zugkraft, welche die. Antriebsräder einer Zugmaschine leinten können, bei
gegebener Beschaffung der Fahrbahn von dem auf die Antriebsräder entfallenden Gewicht
abhängig ist, mußten bisher, landwirtschaftlich genutzte: Zugamarsrhinen, welche
eine hohe Zugkraft ausüben sohlten, schwer ausgebildet werden, um am Radumfang eine
der Motorleistung entsprechende hohe Zugkraft, d. h. Abs.temmkraft des Rades vom
Erdboden, wirksam werden zu lassen,. Die durch schwer belastete Räder der Zugmaschine
eintretende Festwalzung des Bodens ist aber gerade bei landwirtschaftlich genutzten
Zugmaschinen unerwünscht. Andererseits konnten leichte Zugmaschinen keine hinreichende
Zugkraft erzeugen. Durch die leicht fortleitbaren Druckgase ergibt sich bei der
erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung die NLöglichkeit, die Räder der Antriebsmaschine
von einem Teil der insgesamt aufzubringenden Absteinmkraft zu entlasten, wodurch
das Gewicht der Zugmaschine und damit ' ihr Bodendruck herabgesetzt werden können,
ohne daß dadurch die Mög-lichkeit entfällt, die gegebene Höchstleistung des
Antrcitebs-agregats auszunutzen.
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Man kann in der beschriebenen Weise nicht nur die bisher lediglich
der Abstützung dienenden Räder angehängter Vorrichtungen in antreibende Fahrräder
verwandeln, sondern kann z.. B. auch an Stelle von gezogenen Scharpfl'Ügen zu .angehängtem
Pflügen mit angetriebenen Pflugscheiben übergehen, so daß die Arbeitselemnente der
Arbeitsgeräte selbst einen Teil der notwendigen Abstemmkraft gegenüber dem Acker
ergeben, wodurch das Gewicht und damit der' Bodendruck der Zugmaschine herabgesetzt
wird. Damit entspricht die Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung der bisher gestellten,
aber nicht gelösten Forderung der Schaffung einer gewichtsmäß,ig leichten., aber
leistungsmäßig starken Zugmaschine.
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Wie Fig. 4 zeigt, können die aus der Auspuffleitung 7 der Dieselmaschine
z, ä austretenden Abgase dafür benutzt werden; die in dem .Kompressor 13 verdichtete
Luft zu beheizen. Zu diesem Zweck ,wird ein. Wärmcaustauscher 2,8 angeordnet, der
die Leitung 15 umgibt und in den die Auspuffleitung 7 einmündet. Nach erfolgtem
Wärmeaustausch entweichen die Auspuffgase durch die Leitung 2g in das Freie.
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An Stelle des in der Zeichnung dargestellten Kompressors, dessen Kolben
an einer Kurbelwelle gelagert isst, kann auch ein Flugkolbenkämpressor benutzt werden,
bei ,dem in bekannter Weise der Vorteil des Massenausgleichs des hin und her gehenden
Kolbens, erreicht wird.