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Zweiganggetriebe für Schienenfahrzeuge Die Erfindung betrifft ein
Zweiganggetriebe für Schienenfahrzeuge, welches zwischen dem elektrischen Bahnmotor
und dem Radsatz der Lokomotive angeordnet ist und welches aus einem Planetengetriebe,
bei dem bei einem gegenseitigen Blockieren seiner Glieder die eine Geschwindigkeitsstufe
des Getriebes und bei dem bei stillgesetztem Zentralrad die zweite Geschwindigkeitsstufe
eingeschaltet ist, und aus einem Kupplungssystem besteht.
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Dieses Zweiganggetriebe ist insbesondere für die Anwendung an elektrisch
angetriebenen Sohienenfahrzeugen geeignet, die mit Gruppen- oder Zentralantrieb
der Radsätze ausgestattet sind.
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Elektrische Lokomotiven werden bisher überwiegend
mit
einem individuellen Antrieb der Radsätze konstruiert, bei welchem zu jedem Radsatz
ein selbständiger Bahnmotor gehört. Zwischen dem Radsatz und dem Motor ist in diesem
Falle ein Zahnradgetriebe mit einem unveränderlichen Übersetzungsverhältnis angeordnet,
das für eine gegebene Standartdrehzahl bei gegebenem Durchmesser der Räder die Standartgeschwindigkeit
der Lokomotive bestimmt.
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Diese Geschwindigkeit gibt in einem bestimmten Maß den Charakter der
Lokomotive und die Möglichkeit ihrer Betriebsanwendung an (Güterzug, Schnellzug).
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Bei der Anwendung eines Gruppen- oder Zentralantriebes treibt der
Bahnmotor oder Doppelmotor einige oder alle Treibradansätze der Lokomotive an. Dadurch
erniedrigt sich die Zahl der Wege, durch welche die Leistung auf die Radsätze übertragen
wird. Damit ergibt sich aber das Bedürfnis der Anwendung eines Mehrganggetriebes.
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Ein Mehrganggetriebe selbst bringt bei elektrischen Fahrzeugen einen
Vorteil durch eine größere Ausnutzung der vorhandenen Motorleistung im Gebiet höherer
Geschwindigkeiten und ist regen der kleineren Momentüberlastungsfähigkeit im Gebiet
niedrigerer Geschwindigkeiten in vielen Fällen notwendig.
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Dieses bringt den Vorteil einer Verminderung der Nennleistung und
dadurch auch einer Senkung von Preis und Gewicht der Lokomotive mit sich.
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Es sind bereits elektrische Lokomotiven mit Zweiganggetriebe
bekannt.
Es handelt sich hierbei jedoch im allgemeinen um Vorlegeschaltgetriebe, die für
einen Gruppenantrieb und vor allem für eine Schaltung der Geschwindigkeitsstufen
in Ruhe geeignet sind. Der bei Verwendung von Zweiganggetrieben erreichte Gesamteffekt
wird höher sein, wenn eine Möglichkeit der Getriebeschaltung der Geschwindigkeitsstufen
auch bei Fahrt, eventuell unter Leistung - also ohne Unterbrechung der Zugkraft
- geschaffen werden kann.
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Bei einem nur aus der Literatur bekannten Vorlegeschaltgetriebe, welches
auch während der Fahrt schaltbar sein soll, sind schwierige Verhältnisse vor allem
vom Standpunkt der Konstruktion und Instandhaltung der Synchronisierainrichtungen,
eine Verschlechterung der Nutzleistung und eine Vergrößerung des Gewichtes des Getriebes
zu erwarten.
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Diese Nachteile werden durch die Erfindung beseitigt.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß das Planetengetriebe an
einer Seite und das Kupplungssystem an der anderen Seite des Bahnmotors untergebracht
ist und daß die Welle bzw die Hohlwelle des Zentralrades durch die Hohlwelle des
Ankers des Bahnmotors geht.
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Bei Benutzung vom Zentralanbieb der Lokomotive ist
erfindungsgemäß
an das Ausgangsglied, d.h. an den Mitnehmer der Umlaufräder des Schaltgetriebes
die Welle angeschlossen, die durch die Hohlwelle des Zentralrades hindurchgeht.
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Um eine Änderung der Geschwindigkeitestufen des Getriebes während
der Fahrt vornehmen zu können, besteht das Kupplungssysten erfindungsgemäß aus einem
Freilauf für beide Richtungen, der zwischen der Welle bzw. Hohlwelle des Zentralrades
und dem Rahmen des Bahnmotors bzw. dem Grundrahmen der Lokomotive angeordnet ist
und aus einer hydrodynamischen zwischen der Welle bzw. Hohlwelle des Zentralrades
und der Hohlwelle des Ankers des Bahnmotors eingereihten Kupplung. Die Freilaufkupplung
ist so angeordnet, daß ihr Innen- und Außenring über eine Verzahnung des linken
und rechten Tellers entweder mit der festen Scheibe oder mit der an der Welle bzw.
an der Hohlwelle des Zentralrades befestigten Scheibe im Eingriff sind.
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Eine alternative Lösung des Kupplungssystems besteht aus einer durch
Luft oder Öl betätigten ausrückbaren Kupplung, die zwischen der Nabe der Welle bzw.
der Hohlwelle des Zentralrades und dem mit der Hohlwelle des Ankers des Bahnmotors
verbundenen Mitnehmer eingereiht ist und der Bremse, die zwischen die Nabe der Welle
des Zentralrades und dem unbeweglichen Träger eingeschaltet ist.
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Das Mehrganggetriebe enthält zweckmäßig für eine Automatisierung der
Schaltvorgänge einen Meßwertgeber (Fühler) des Bahnmotorstromes, der die Quelle
der Rückkupplung des Signals für ein leistungsfühiges Erregungselement und eine
Vorrichtung zur Füllung der hydrodynamischen Kupplung ist.
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Das Wesen der Erfindung ist anhand eines in den beiliegenden Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Bs zeigen: Fig. 1a und 1b das
Schema eines Planetengetriebes.
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Fig. 2a ein kinematisches Grundschema eines Gruppenantriebes mit einer
Übersetzung des Planetengetriebes ins Langsame.
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Fig. 2b ein kinematisches Grundschema eines Gruppenantriebes bei Übersetzung
des Planetengetriebes ins Schnelle.
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Fig. 3a ein kinematisches Grundschema des zur Getriebeschaltung während
der Fahrt bestimmten Zweiganggetriebes für den Gruppenantrieb.
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Fig. 3b ein kinematisches Grundschema entsprechend Fig. 3a für den
Zentralantrieb..
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Fig. 4 das Schema der Freilaufkupplung für die Drehung des Bahnmotors
in beiden Richtungen.
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Fig. 5a Traktionskurven der Lokomotive.
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Fig. 5b Verläufe von Strömen, Drehzahlen, Erregung und Moment des
Motors bei Schaltung während der Fahrt und unter Leistung.
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Fig. 6a ein Schema eines Kupplungssystems in einer alternativen Lösung
mittels Kupplung und Bremse, die für Schaltung während der Fahrt ohne Leistung geeignet
ist, und zwar für Gruppenantrieb, Fig. 6b das Schema der Fig. 6a für Zentralantrieb.
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Das ubersetzungsverhältnis für das einfache Planetengetriebe (Fig.
1) mit stehendem Zentralrad ist durch den Ausdruck nk/nn = 1 + rc/rk gegeben.
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Für Verhältnisse. auf elektrischen Fahrzeugen kann man mit einer praktischen
Ausnutzung dieses Systems im Übersetzungsbereich nk @/nu rechnen.
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Das Übersetzungsverhältnis bei blockiertem Planetengetriebe, wenn
dieses als Zahnkupplung arbeitet, ist 1: 1. Deshalb ist auch die Spannweite des
Schaltgetriebes und das Verhältnis der Stundengeschwindigkeiten der Lokomotive ebenfalls
1,4 + 1,75.
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Dieser Bereich entspricht voll dem Bedarf von Streckenlokomotiven.
Zum Beispiel sind bei den französischen
Lokomotiven BB 16500 die
maximalen Geschwindigkeiten 90 km/Std. und 150 kg/Std., und darum ist ihr Verhältnis
150/90 = 1,66.
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In Fig. 2a und 2b ist ein kinematisches Grundschema des länglich orientierten
Gruppenantriebes mit dem Bahnmotor 1 dargestellt, hinter welchem das Planetengetriebe
2 angeordnet ist, dessen Ausgang mit Hilfe der Zahnkupplung 9 an die Torsionswelle
4 angeschlossen ist. Von dieser wird das Antriebsmoment auf die primäre Gelenkwelle
5 übertragen, die an das Achsstirnkegelgetriebe des ersten Radsatzes 7 angeschlossen
ist. Ein Teil der Leistung wird von diesem mittels einer sekundären Gelenkwelle
8 an das Kegelgetriebe 9 des zweiten Radsatzes 10 übertragen. Das Kupplungssystem
47 des Planetengetriebes 2 ist nur symbolisch dargestellt.
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Fig. 2a und 2b zeigen zwei grundsätzliche Schaltungsmöglichkeiten
des Planetengetriebes 2 an den 3ahnmotor 1: In Fig. 2a ist an die Welle 48 des Motors
1 ein Aussenrad 11 angeschlossen, das während der Funktion des Planetengetriebes
auf dem stillgesetzten Zentralrad 12 die Satelliten 13 zum Abrollen zwingt.
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Der Planetenträger 14 stellt in diesem Falle das Ausgangsglied des
Planetengetriebes 2 vor, das die Umdrehungen ins Langsame reduziert.
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In Fig. 2b ist ein Planetenträger 14 an die Welle 48 des Motors 1
angeschlossen und an das Ausgangsglied des Planetengetriebes 2. ist das Außenrad
11 angeschlossen. Das Planetengetriebe 2 wechselt in diesem
Falle
bei stillgesetztem Zentralrad 12 die Umdrehungen ins Schnelle.
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Hierbei stellt also die erste Alternative (Fig.2a) bei dem arbeitenden
Elanetengetriebe die erste Geschwindigkeitsstufe dar, während die zweite Geschwindigkeitsstufe
durch das blockierte Planetengetriebe - den direkten Eingriff - eingestellt ist.
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Die zweite Alternative (Fig. 2b) weist dagegen die erste Geschwindigkeitsstufe
als den direkten Eingriff und die zweite Geschwindigkeitsstufe bei arbeitendem Wechselgetriebe
auf.
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Im Falle der ersten Alternative (Fig.2a) mit der Übersetzung des Planetengetriebes
ins Langsame ist die primäre Welle 5 recht günstig belastet.
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Die Eingangs drehzahl des Getriebes 6 bleibt bei niedrigeren Werten
und man kann alternativ das Kupplungssystem 47 sowchl mit Reibkupplungen (Fig.6a,
6b) als auch mit einer hydrodynamischen Kupplung ausstatten (Fig. 3a, 3b).
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Vom Standpunkte der Belastung der primären Gelenkwelle 5 ist die zweite
Alternative noch vorteilhafter (Fig. 2b), bei der jedoch die höheren Eingangsdrehzahlen
des Schaltgetriebes gewisse Schwierigkeiten verursachen können. Das Kuplungssystem
47
kann in diesem Falle mit Reibkupplungen (Fig. 6a,6b) ausgestattet
werden. Ein Kupplungssystem 47 mit einer hydrodynamischen Kupplung 15 und einer
Freilaufkupplung 16 ist nicht anwendbar.
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In Fig. 3a und 3b ist ein Schema für das Kupplungssystem 47 dargestellt,
das folgende höchste Betriebsanforderungen zu erfüllen vermag: a) Schalten der Übersetzungsstufen
während der Fahrt.
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b) Schalten der Übersetzungsstufen unter Leistung ohne die Zugkraft
zu unterbrechen.
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c) Möglichkeit der Durchführung eines automatischen oder halbautomatischen
Stufenwechsels.
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Die Hauptteile dieses Systems sind folgende: a) die hydrodynamische
Kupplung 15, bei der das moment der Füllung gewählt werden kann, während die Entleerung
automatisch bei bestimmten Drehzahlen des Bahnmotore eintreten kann, b) die Freilaufkupplung
(oder ein Paar von Freilaufkupplungen) 16, die fähig ist, das Reaktionsmoment des
Zentralrades des Planetengetriebes in der im voraus durch den Richthebel auf dem
Standort des Lokführers eingestellten Richtung aufzufangen.
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Für einen Gruppenantrieb, bei dem ein einseitiger Ausgang aus dem
Planetengetriebe 2 genügt, gilt das dargestellte Schema der Fig. 3a.
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Bei einem Zentralantrieb - bei dem mittels eines Motors die Radsätze
der beiden Fahrgestelle getrieben werden - ist es vorteilhaft, ein Planetengetriebe
und auch ein Kupplungssystem für die ganze Lokomotive zu erhalten. In diesem Falle
ist es nötig, beiderseitig Ausgänge aus dem Planetengetriebe 2 anzuordnen; das Schema
dieses Antriebes ist in Fig. 3b dargestellt.
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Das Kupplungssystem 47 für einen Gruppenantrieb (Fig. 3a) ist folgendermaßen
zusammengestellt: An der Hohlwelle 48 des Bahnmotors 1 ist ein Pumpenrad 17 der
hydrodynamischen Kupplung 15 befestigt.
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An der Welle 19 des Zentralrades 12, das durch die Hohlwelle 48 des
Bahnmotors 1 hindurchgeht, ist ein' Turbinenrad 18 der hydrodynamischen Kupplung
befestigt. mit der Welle 19 ist gleichzeitig auch ein Ring 20 der Freilaufkupplung
16 verbunden, während der zweite Ring 21 der Freilaufkupplung unbeweglich, d.h.
verbunden zum Beispiel mit dem Rahmen des Bahnmotors ist. An der zweiten Seite des
Bahnmotors 1 ist ein entsprechend der Beschreibung zur Fig. 2a angeordnetes Planetengetriebe
2 untergebracht.
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Das Kupplungssystem 47 arbeitet so, daß bei der Anfahrt der Lokomotive
(bei kleinen Drehzahlen des Bahnmotors 1) die hydrodynamische Kupplung 15 nicht
mit der Arbeitsflüssigkeit gefüllt ist. Durch Einwirkung des Zugmomentes auf das
Aussenrad 11 bemüht sich das Zentralrad 12, sich in umgekehrter Richtung
zu
drehen, seine Bewegung ist aber durch den Freilauf 17 blockiert.
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Nach Erreichung einer bestimmten Drehzahl des Bahnmotors 1 schließt
sich - zum Beispiel durch ein vom Zentrifugalkräften betätigtes Ventil -der Arbeitsraum
der hydrodynamischen Kupplung 15, die dann gefüllt werden kann. Während der Füllung
der Kupplung beginnen sich die Drehzahlen des Zentralrades 12 und des Aussenrandes
11 zu synchronisieren, die Wälzelemente 22 des Freilaufs 16 beginnen sich zu lösen
und der Freilauf 16 lockert sich. Durch die Wahl des Drehzahlbereiches und der Parameter
der Kupplung 15 ist ihre Schlupfgeschwindigkeit bestimmt, die zu einem gewissen
Grade den Wirkungsgrad des Antriebes beeinflusst. Diesem Schlupf in der Kupplung
15 entspricht auch eine relative Bewegung in dem Planetengetriebe 11,12,13, Die
Schaltung von der zweiten auf die erste Geschwindigkeitsstufe wird durch Auslassen
der Flüssigkeit aus dem Arbeitsraum der Kupplung 15 durchgeführt, was ebenfalls
durch das erwähnte, mittels Zentrifugalkraft betätigte Ventil oder in einer anderen
Weise durchgeführt werden kann. Im Laufe der Entleerung der Kupplung 15 beginnt
die Verzögerung des Zentralrades bis es zur Berührung im Freilauf 16 kommt. - Sobald
das Zentralrad 12 stillsteht, ist die erste Kupplungsstufe eingeschaltet.
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Es ist klar, daß die Schaltung von der ersten Geschwindigkeitsstufe
des Getriebes auf die zweite und
umgekehrt halbautomatisch durchgeführt
werden kann. Unter diesem Begriff ist die automatische Durchführung aller nötigen
Operationen nach der Lieferung des vom Lokführer gegebenen Impulses zu verstehen.
Man kann aber auch die Gangschaltung ganz automatisch durchführen. Den Augenblick
für die erforderliche Impuls lieferung kann man mit Hilfe eines Drehzahlgebers und
eines Strommeßwertgebers, die am Bahnmotor 1 angebracht sind, bestimmen.
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Das in Fig. 3b dargestellte Kupplungssystem 47 für einen Zentralantrieb
ist prinzipiell übereinstimmend mit dem voranstehenden. Der Unterschied liegt nur
darin, daß wegen der Notwendigkeit des beiderseitigen Ausganges aus dem Planetengetriebe
2 die Welle 23 des Zentralrades 12 hohl ist. Durch den Innenraum dieser Welle 23
wird diejenige Welle geführt, die an einer Seite an den Ausgang aus dem Planetengetriebe
2 - d.h. an dem Planetenträger 14 - und an der anderen Seite an die Zahnkupplung
31 angeschlossen ist und mit deren Hilfe die Leistung zum zweiten Fahrgestell übertragen
wird.
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Eine willkommene Eigenschaft des benutzten Planetengetriebes 2 liegt
darin, daß die durch das Kupplungssystem 47 übertragenen Momente beträchtlich niedriger
sind als das Moment des Bahnmotors. Auf dem Freilauf 16 sind für das Übersetzungsverhältnis
1,5 : 1 die Momente zweimal und an der hydrodynamischen Kupplung dreimal kleiner
als das Moment des Motors. Das ist ein wesentlicher Vorteil der Erfindung
gegenüber
der Anwendung der bekannten Vorlegegetriebe, bei denen - soweit nicht ein weiteres
Zahnradgetriebe benutzt wird - die Kupplungen dem vollen Wert des übertragenen Momentes
ausgesetzt sind.
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Wenn sich die Welle 48 des Bahnmotors 1 in beiden Richtungen drehen
kann, tritt eine bestimmte Komplikation in der Konstruktion des Freilaufes 16 ein.
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Dieser muß je nach der gewählten Richtung der Fahrt der Lokomotive
fähig sein, das Moment des Zentralrades 12 in der einen oder der anderen Richtung
aufzufangen.
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Diese Funktion kann mit einem Paar von Freilaufkupplungen oder mit
einer gemäß Fig. 4 angeordneten Freilaufkupplung realisiert werden. Der äussere
Ring 49 und der innere Ring 50 dieses Freilaufes ist an beiden Seiten mit einer
Verzahnung versehen, in die die innere Verzahnung des linken 27 und rechten 25 verschiebbaren
Tellers eingeschoben werden kann. Die innere Verzahnung von kleinerem Durchmesser
auf dem linken Teller 27 ist beständig im Eingriff mit der äusseren Verzahnung der
scheibe 28, die unbeweglich ist (z.B. mit dem Rahmen des Bahnmotors 1 oder mit dem
Hauptrahmen der Lokomotive verbunden ist). Die analoge Verzahnung des rechten Tellers
25 ist beständig im Eingriff mit der Verzahnung der ersten Scheibe 26, die mit der
Welle 23 bzw. 19 des Zentralrades 12 verbunden ist. Mit der Scheibe 28 steht also
auch der linke Teller 27 still,
während der rechte Teller 25 sich
beständig mit der Scheibe 26 dreht. In der in Fig. 4 dargestellten Lage ist also
der innere Ring aufgehalten, während der äussere Ring 49 sich mit der Welle 23 bzw.
19 des Zentralrades 12 dreht. Die beiden Teller 25,27 sind mit der Hülse 29 verbunden,
die zwar deren gegenseitige Drehbewegung ermöglicht, aber auch die gleichzeitige
Bewegung der beiden Teller in Richtung der Achse sichert. Wenn mittels der Zapfen
30 der Teller 27 aus der dargestellten Lage nach links bewegt wird, bewegt sich
auch der Teller 25 nach links. Damit kommt es in der linken äussersten Lage zum
Stillstehen des äusseren Ringes 49 und der innere Ring ist an die Scheibe 26 angeschlossen
und dadurch auch an die Welle des Zentralrades 23 bzw. 19.
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Durch diese Anderung der Schaltung vom inneren und äusseren Ring des
Freilaufes 16 ndert sich auch der Drehsinn des lomentes, welches er auffangen kann.
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Zur besseren Anschaulichtkeit wurde der einfachste Typ der Freilaufkupplung
dargestellt. In Wirklichkeit wurde für die praktischen Verhältnisse die Freilaufkupplung
16 mit einer Führung der Wälzelemente 22 in einem abgefederten Käfig und mit einer
gegenseitigen Lagerung der beiden Ringe 50,49 gewählt.
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Die detaillierte Konstruktion könnte auch weitere Anordnungen in Teilung
von einigen Linzelheiten und dergleichen bringen.
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Im Vergleich mit der Anwendung von zwei Freilaufkupplungen, von denen
jede für eine andere Richtung wirkt, beansprucht diese Anordnung nicht so viel Raum.
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Eine Getriebeschaltstufenänderung bei unveränderter Geschwindigkeit
der Lokomotive hat eine Änderung der Drehzahl des Motors zur Folge, was bei heute
verwendeten Serienmotoren eine Änderung der Zugkraft der Lokomotive zur Folge hätte.
Darum ist es nötig, in den Kraftstromkreisen während der Änderung der Schaltstufe
des Getriebes solche Maßnahmen zu treffen, durch deren Wirkung die Zugkraft der
Lokomotive bestehen bleibt.
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Diese Forderung kann durch das in der Fig. 5a dargestellte Vorgehen
erfüllt werden, in welcher durch volle Striche die Charakteristik der Lokomotive
für volle (100%) und niedrigste (x %) Erregung des Motors in der ersten Geschwindigkeitsstufe
des Getriebes dargestellt ist. Die analogen Linien sind auch für die zweite Übersetzungsstufe
gestrichelt dargestellt. In der Umgebung des gewählten Punktes A nähert sich die
Charakteristik des Minimalfeldes der ersten Stufe der Charakteristik des vollen
Feldes der zweiten Stufe und man kann den Übergang von einer Stufe auf die zweite
in der Umgebung des Punktes A nur durch eine Änderung der Erregung durchführen.
Es ist begreiflich, daß es nötig ist, die Breite der Regelungszone der Erregung
des Motors mit der Spannweite des Planetengetriebes 2, das ist entsprechend dem
Verhältnis V2 max V1 max = T1 max/m 2 max in Einklang zu bringen, damit sich der
Punkt A und damit auch die Geschwindigkeit, bei der der Übergang
von
einer Stufe auf die andere einfach durch Änderung der Erregung von 100% auf das
Minimum (x ) des Wertes und umgekehrt erfolgen kann, in einem geeigneten Teil der
Charakteristik befindet. Sobald es bei dieser Arbeitsweise jedoch zum Beispiel zu
einem Sprung vom Punkt B zum Punkt B' kommt, muß man mit einer gewissen Änderung
der Zugkraft um #T (Fig. 5a) rechnen. Diese Änderung könnte man bei einer Schaltung
nach oben so beseitigen, daß zum Beispiel bei dem Übergang von Punkt B - d.i. von
der ersten Stufe und minimal erregtem Motor - auf die zweite Stufe, die Erregung
nicht bis zum Maximalwert geändert wird, sondern gerade auf einen solchen Wert,
der bei der gegebenen Geschwindigkeit und Zugkraft der zweiten Übersetzungsstufe
entspricht.
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Die betreffende Lage des Kontrollers des Erregungsstromes zum Erreichen
dieses Zieles könnte durch das Steuerelement in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit
eingestellt werden. Analog könnte man auch den Übergang von der höheren Übersetzungsstufe
auf die niedrigere Stufe einstellen. Man kann erwarten, daß die änderung der Zugkraft
- eben darum, weil sie laufend eintritt - annehmbar ist, und man kann sie direkt
nach Beendigung der Schaltung der Übersetzungsstufe kompensieren. Ausser der Form
der Charakteristik hat eine sehr große Wirkung auf die Größe #t die erwähnte Bestimmung
des Punktes A, die über die nötige Breite der Regelungszone der Erregung entscheidet
und dadurch auch über die Gesamtparameter des Motore,
Fig. 5 b
zeigt, wie während der Schaltung der Stufen die Drehzahl nmot' der magnetische Kraftfluß
@ und der Strom Imot des Motors sich ändert und wie sich der Leistungsfluß des Motors
auf den Radsatz teilt.
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Das Blockschema der Motorregelung ist auf Fig. 50 dargestellt. Der
Steuerimpuls, der durch Maßnahmen des Lokführers oder automatisch in Abhängigkeit
von der Zugkraft und Geschwindigkeit erregt werden kann, kommt aus X. Er geht in
das Leistungselement 31 der Erregungsregelung 34 und das Leistungsglied 32 für die
Füllung der hydrodynamischen Kupplung 15. Im Bereich des Ankers 56 des Bahnmotors
1 ist ein Fühler 33 untergebracht, der mit Hilfe des Rückführzweiges die Tätigkeit
des Elementes 31 der Erregungsregelung bzw. des Gliedes 32 für das Füllen der Kupplung
15 so beeinflusst, daß der Strom des Motors Imot während der Änderung der Übersetzungsstufe
beständig bleibt.
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Das bisher beschriebene Kupplungssystem war zur Schaltung während
der Fahrt und ohne Unterbrechen des Drehmomentes des Motors bzw. der Zugkraft der
Lokomotive bestimmt. Es kommt zu einer wesentlichen Verbesserung, wenn die Unterbrechung
der Übertragung des Drehmomentes des Motors bzw. der Zugkraft der Lokomotive während
der Schaltung der Übersetzungsstufen zugelassen wird. In diesem falle kann man stufenweise
die Spannung des Motors aufheben, umschalten und die Spannung wieder auf die erforderliche
Höhe
einstellen. Wenn es sich um einen Gruppenantrieb mit'einer selbständigen Spannungsregelung
für jeden Motor handelt, wäre es möglich, diese Operation bei den Motoren zu verschiedenen
Zeiten durchzuführen. Dadurch wäre der Abfall der Zugkraft auf die Hälfte reduziert;
die Gesamtzeit der Schaltung wäre natürlich zweifach.
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Das Kupplungssystem 47 kann für diesen Fall z.B.
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durch Benutzung einer mit einer Bremse kombinierten Lamellenkupplung
gelöst werden, die mit Luft oder Öl betätigt wird. Diese ersetzen die hydrodynamische
Kupplung 15 und die Freilaufkupplung 16.
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Das Grundschema eines solchen Kupplungssystems 47 ist in Fig. 6a für
den Gruppenantrieb und in Fig.
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6b für den Zentralantrieb dargestellt. Als ein Ganzes sind das Kupplungssystem
47, der Motor 1 und das Getriebe so gelagert, wie es Fig. 2a, 2b zeigen.
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Bei dem Gruppenantrieb (Fig. 6a) ist an der Welle 19 des Zentralrades
12 die Nabe 37 befestigt, an der als eine feste Wand ein Kolben 39 hergestellt ist,
gegenüber dem sich der Arbeitszylinder 40 verschiebt. An die Hohlwelle 48 des Ankers
ist ein Mitnehmer 35 angeschlossen, in dessen utung verschiebbar die äusseren Lamellen
der Gruppenkupplung 36 gelagert sind. Im unbeweglichen Raum des Trägers 45, der
z.B. am Schild des Motors 1 befestigt ist, sind dagegen in Nuten verschiebbar die
äusseren Lamellen der Bremsgruppe 43 gelagert.
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Wenn der Arbeitsraum 46 nicht unter dem Druck des Arbeitsmediums steht,
ist der verschiebbare Arbeitszylinder
40 durch Einwirkung der
Federn 41 nach links gedrückt und drückt über den Stützteller 42 die Gruppe der
Bremslamellen 45, von denen die äusseren Lamellen an den Nuten der Nabe 37 gelagert
sind. Durch Reibung zwischen den inneren und äusseren Lamellen der Bremsgruppe der
Lamellen 43 ist die Welle 19 des Zentralrades 12 stillgesetzt und demnach ein Übersetzungsverhältnis
eingeschaltet.
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Durch Einlassen von Drucköl oder Druckluft in den Arbeitsraum 46 verschiebt
sich der Arbeitszylinder 40 nach rechts, entlastet die Gruppe der Bremslamellen
43 und die Gruppe der Kupplungslamellen 36 wird über den Stützteller 38 gedrückt,
von denen die inneren Lamellen wieder verschiebbar auf den Nuten der Nabe 37 gelagert
sind. Durch Reibung zwischen den inneren und äusseren Lamellen der Kupplungsgruppe
der Lamellen 96 ist die Welle 19 mit dem Mitnehmer 35 eingeschaltet; dadurch ist
die Bewegung im Planetengetriebe blockiert und die zweite Übersetzungsstufwe eingeschaltet.
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Völlig in gleicher Weise arbeitet dieses Kupplungssystem auch bei
einem Zentralantrieb (Fig.6b). Der Unterschied liegt nur darin, daß durch die Nabe
37, die an der Hohlwelle 23 des Zentralrades 12 angeschlossen ist, die Welle 24
geht, die einen Leistungsteil des Motors 1 zur Zahnkupplung 3' und zum zweiten Fahrgestell
überträgt.
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Die dargestellte, mit der Bremse kombinierte Lamellenkupplung wurde
als ein Beispiel von den Möglichkeiten
angeführt, wie das gegebene
Problem gelöst werden kann; man kann im Wesen auch andere Typen von ausrückbaren
Kupplungen und Bremsen benutzen (Band-, elektromagnetische, Luft-, ...).
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Man kann das angeführte Kupplungssystem bei Planetengetrieben benutzen,
die ins Langsame (Fig.2a) und auch ins Schnelle (Fig. 2b) übersetzen.
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Ein System mit Reibungskupplung und Bremse von dieser Einfachheit
lockt zur Benutzung auch für Schaltungen unter Leistung. Mit einer Regelung der
Wirkungen der Kupplung und der Bremse sollte man einen Verlauf der Motorkenngrößen
nach Fig. 5b erreichen.