DE622942C - Lokomotive, insbesondere Grubenlokomotive - Google Patents

Description

Es ist bekannt, Dampflokomotiven in Diesellokomotiven umzuwandeln, indem die von einem Kompressor, der durch eine Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird, verdichtete Luft durch das im Kessel der Lokomotive befindliche, im Wärmeaustausch mit dem Kühlwasser des Kompressors und der Verbrennungskraftmaschine stehende Wasser geleitet wird. Die über dem Wasser aufgefangene, noch durch den Wasserraum eines vom Auspuff der Verbrennungskraftmaschine geheizten Kessels geleitete, somit erwärmte und mit Wasser angereicherte Luft wird den Zylindern der Lokomotive zugeführt. Auf diese Weise gelingt es, einen Teil der sonst verlorengehenden Abwärme der Verbrennungskraftmaschine wieder zu gewinnen. Es hat sich aber gezeigt, daß Luft-Wasserdampf-Gemische für den Betrieb von Kolbenmaschinen sich nicht eignen. Andererseits ist es bekannt, bei Motorfahrzeugen mit Antrieb durch eine Verbrennungskraftmaschine die Abwärme der Auspuffgase zu benutzen, um auf dem Fahrzeug erzeugte Druckluft zu erwärmen.

Die Erfindung betrifft eine Lokomotive, besonders Grubenlokomotive, mit Verbrennungsmotor und Luftverdichter sowie Antrieb der Achsen durch Druckluftmotoren. Gemäß der Erfindung wird die erwärmte Kühlflüssigkeit des Aiotors und des Luftverdichters selbst als Heizflüssigkeit für die mit Druckluft arbeitenden Zylinder der Lokomotive benutzt, und die hierdurch gekühlte Kühlflüssigkeit dient weiterhin zur Kühlung der Auspuffgase des Motors durch Wärmeaustausch.

Nach der Erfindung wird also das im überdrucklosen Kreislauf umlaufende, bis auf etwa ioo° C erwärmte Kühl wasser in .die Lokomotivzylinder geleitet, in die die Druckluft unter Berücksichtigung der unvermeidlichen Temperaturverluste mit etwa 150⁰C eintritt, um, wenn keine besonderen Vorkehrungen getroffen werden, nahezu adiabatisch von 6 atü auf Atmosphärendruck zu expandieren, wobei die Lufttemperatur so sinken würde, daß die Gefahr der Vereisung eintritt.

Indem nun aber das heiße Kühlwasser dem doppelwandig ausgeführten Lokomotivzylindermantel und -deckel zugeführt wird, findet ein sehr lebhafter Wärmeübergang zur expandierenden Druckluft statt, d. h. der Arbeitsprozeß im Lokomotivzylinder wird nach der Isotherme zu verschoben, womit einerseits der Wirkungsgrad der ganzen Kraftübertragung verbessert und andererseits die Rückkühlung des Kühlwassers beschleunigt wird. Gerade der letztere Punkt ist wegen der beschränkten Raumverhältnisse auf einer Grubenlokomotive besonders wichtig, da die Unterbringung eines Oberflächenkühlers mit einer der Motorleistung entsprechenden Kühl-

fläche große Schwierigkeiten machen würde. Es ist ferner auch in Rücksicht auf den Sonderanwendungsfall wichtig, daß ein wesentlicher Teil der durch das Arbeiten des Verbrennungsmotors frei werdenden Wärmemenge nicht an die Grubenwetter abgegeben, sondern innerhalb des Lokomotivantriebes als mechanische Arbeit verwertet und so gleichsam gebunden wird.

ίο Indem weiter die aus den Zylindern des Druckluftmotors abströmende kalte Druckluft mit den Auspuffgasen zwecks deren Kühlung und Verdünnung gemischt wird, wird von der erheblichen Strömungsenergie der" Lokomotivauspuffluft für diese Zwecke Gebrauch gemacht. Es sind zwar schon Auspuff köpfe für Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen die beim Fahren am Kopf vorbeistreichende Luft einer Düse zugeführt wer-• 20 den soll, so daß diese mit erhöhtem Druck austreten und hierbei eine Saugwirkung ausüben soll. Abgesehen von dieser Bindung an die Bewegung des Fahrzeuges ist aber natürlich die hiermit zur Verfügung stehende und ausgenutzte Energie der davon aufgefangenen Luft außerordentlich gering, so daß eine erhebliche Wirkung nicht eintritt. Im vorliegenden Falle wird aber, wie gesagt, die Abluft der Lokomotivzylinder benutzt, die nach Menge, Temperatur und Druckgefälle eine ganz wesentlich erhöhte Wirkung bedingt.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Abb. 1 zeigt den Aufriß einer nach der Erfindung aufgebauten Lokomotive mit den eingezeichneten' Wegen der drei in Betracht kommenden Medien: Wasser,. Luft, Auspuffgase. Abb. 2 ist ein dazugehöriger Querschnitt und Abb. 3 eine besondere Ausgestaltung der Kühleinrichtung, während Abb. 4 ein Schema der selbsttätigen Regelung wiedergibt.

Der Antriebsmotor 10 ist direkt mit dem Luftverdichter 11 gekuppelt; die hier erzeugte Druckluft strömt durch die Leitung 12, 13 und das Steuergehäuse 14 in die Lokomotivzylinder 15, wo sie Arbeit verrichtet und die Treibräder antreibt, während andererseits durch die Leitung 13' der Sammelbehälter 16 unter Druck gehalten wird. Während der Dehnung in den Lokomotivzylindern kühlt sich die Druckluft stark, etwa auf o° C oder noch darunter, ab. Diese kalte Abluft wird durch das Rohr 17 einem Mischkessel 18 zugeführt, in den auch die Abgase des Motors 10 durch die Leitung 22 eintreten. Ist der Luftverdichter so bemessen, daß er die volle Leistung des Verbrennungsmotors aufnimmt, so beträgt das gewichtsmäßige Mengenverhältnis der kalten, aus den Lokomotivzylindern ausströmenden Luft und der heißen Auspuffgase des Verbrennungsmotors etwa 2 : 1. Es findet also in dem Mischkessel 18 eine sehr wirksame Abkühlung der Abgase des Motors »unter deren gleichzeitiger Verdünnung statt. Der Mischkessel 18 ist so ausgebildet, daß die aus den Zylindern 15 kommende kalte Luft durch die Leitung 17 einem Diffusor 19 zuströmt, wo neben einer innigen Vermischung mit den diesem zugeführten Abgasen des Motors auch die erwähnte Saugwirkung auf diese ausgeübt wird.

Hinter dem Dieselmotor 10 ist ferner der Wärmeaustauscher 20 eingeschaltet, der von den durch den Stutzen 21 eintretenden heißen Auspuffgasen des Motors durchströmt wird, die alsdann durch die Leitung 22 dem Mischkessel 18 zufließen. Die Rohrschlangen oder Rippenrohre 23 des Wärmeaustauschers 20 werden von Kühlwasser oder -öl durchflossen, und zwar zweckmäßig von dem für den Motor ίο und Kompressor 11 sowieso nötigen Kühlmittel. Das in diesem Wärmeaustauscher 20 stark erwärmte Kühlmittel wind durch die Leitung 24 den Heizmänteln 25 der Lokomotivzylinder 15 zugeführt, um dort in der beschriebenen Weise einmal als relatives Heizmittel zu dienen und zum andern selbst wieder weitgehend zurückgekühlt zu werden.

Das in den Lokomotivzylindern gekühlte Umlaufwasser fließt beispielsweise durch die Leitung 26 einem Kühler 27 zu, den es durch den Anschlußstutzen 28 wieder verläßt, um durch die Leitung 29 zur Umlaufpumpe 30 zu gelangen, die nach dem vorliegenden Ausfallrungsbeispiel gleichzeitig das zur Belüftung des Motorkühlers 27 und des Motorgehäuses 31 dienende Gebläse 32 trägt. Von der Umlaufpumpe 30 wird das Kühlwasser dem Kompressor 11 zugeführt, von dem es durch die Verbindungsleitung33 zu dem Verbrennungsmotor 10 und von dort durch die Leitung 34 zu dem Wärmeaustauscher 20 strömt. Der Kühler 27 ist notwendig, wenn bei stehender Lokomotive, aber noch laufender Motorluftverdichtergruppe die Kühlwirkung der Lokomotivzylinder unterbrochen ist. Um Umschaltorgane zu vermeiden, bleibt zweckmäßigerweise der Kühler 27 auch sonst stets im Kreislauf des Wassers eingeschaltet. no

Wird für die Kühlung von Motor und Luftverdichter eine Verdampfungs- bzw. Thermosiphonkühlung benutzt, wie dies in Abb. 3 in schematischer Darstellung wiedergegeben ist, so wird durch eine von dem Luftverdichter oder Motor mit Riemen o. dgl. angetriebene Pumpe 30'· das Wasser von der heißesten Zone des Thermosiphons3'stems abgesaugt und nach Durchströmen der Zy-Iinderheizmäntel 25 wieder der kälteten Zone des Umlaufsystems zugeführt. Es ist dabei gleichgültig und hängt lediglich von den

räumlichen Verhältnissen auf der Lokomotive ab, ob man den Wärmeaustauscher 20 dem Thermosiphonsystem oder dein Pumpenkreislauf anschließt.

Um nun bei stillstehender Lokomotive, aber weiterlaufender Motorverdichtergruppe auch die Kühlwirkung und Verdünnung der Auspuffgase im Mischkessel 18 nicht zu unterbrechen und andererseits die Drucklufterzeugung und die Drehzahl des Motors selbsttätig zu regeln, ist folgende, in Abb. 4 in schematischer Darstellung wiedergegebene Schaltung der einzelnen Aggregate vorgesehen. Es sei davon ausgegangen, daß sich die Lokomotive in voller Fahrt befindet, wobei die Druckluft vom Verdichter durch die Leitungen 12, 13 über das Fahrventil 36 zu den Lokomotivzylindern 15 strömt und durch die Leitung 17 in· den Mischkessel 18 abbläst. Beim Anhalten der Lokomotive schließt der Fahrer zunächst das Fahrventil 36 und stellt die Steuerung der Lokomotive gegebenenfalls noch auf o-FüIlung. Die Motorverdichtergruppe läuft jedoch weiter. Da nun die Leitung zwischen Fahrventil und Lokomotivzylinder keinen Überdruck mehr aufweist, stellt das bisher geschlossene Überströmventil 37 unter Wirkung der Feder 37' die Verbindung zwischen der zum Sammelbehälter 16 führenden Leitung 13' und der zum Mischkessel 18 führenden Leitung 17' her, so daß die Druckluft zum Mischkessel gelangen kann, wo sie die Kühlung und Verdünnung der Auspuffgase des Motors bewirkt. Das Überströmventil 37 kann dabei gegebenenfalls auch zwangsläufig betätigt werden. -

Die Querschnitte im · Überströmventil 37 sind so bemessen, daß die erzeugte Druckluft nicht ganz abblasen kann, sondern im Sammelbhälter 16 unter höheren Druck gebracht wird. An den Sammelbehälter sind nun durch die Leitungen 38 zwei Regelkolben 39 und 40 angeschlossen, die unter dem Druck der Federn 41 und 42 stehen. Die Federn 41 und 42 sind dabei derart eingestellt, daß die Feder 41 etwa einem Druck von 4,5 atü und die Feder 42 etwa einem Druck von 7 atü das Gleichgewicht hält. Bei Fahrt der Lokomotive wird aber in dem Sammelbehälter 16 der Druck von 4,5 atü nicht erreicht, so daß die Kolben 39 und 40 durch die Federn 41 und 42 in ihre Endlagen bewegt werden.

Von dem Gehäuse des Kolbens 39 führt nun eine Leitung 44 zu dem am Saugstutzen 43 des Verdichters vorgesehenen Ventil 45, das bei Fahrt der Lokomotive durch die Feder 46 offengehalten wird. In dem Augenblick, wo der Fahrer das Ventil 36 schließt, steigt der Druck im Behälter 16 rasch auf 4,5 atü, so daß der Kolben· 39 aus seiner Endstellung herausbewegt wird und dabei die Leitung 44 öffnet, so daß die Druckluft zu dem Ventil 45 strömen kann und dieses bis auf eine_ etwa 8 mm große Bohrung abschließt. ,

Da nunmehr durch Abschließung der Frischluft der Motor entlastet wird, versucht dieser eine höhere Drehzahl anzunehmen, was aber durch den Drehzahlregler des Motors, der sofort die Einspritzmenge herabsetzt, verhindert wird. Der Kompressor saugt aber durch die obenerwähnte 8-mm-Bohrung immer noch weiter und pumpt allmählich den Behälter auf 7 atü. Dadurch wird auch der Kolben 40 aus seiner Endlage herausgebracht, wobei er eine Leitung 47 freigibt, durch die die Druckluft zu einem Umstellzylinder 48 strömt, der den Motor auf eine geringere Drehzahl einstellt, um auf diese Weise die gesamte Anlage zu schonen. Nunmehr bläst auch das Überströmventil 49 des Behälters durch die Leitung 17' ab und sorgt somit zusammen mit der aus dem Überströmventil 37 zuströmenden Luft für gute Spülung des Mischkessels 18 auch im Leerlauf.

Inzwischen ist die Lokomotive zum Stillstand gekommen und soll jetzt wieder anfahren. Der Führer legt die Steuerung auf Vollfüllung und öffnet langsam das Fahrventil 36; es wirken jetzt 7 atü Luftdruck auf die beiden Lokomotivzylinder, so daß eine sehr große Zugkraft verfügbar ist. Sofort bei öffnen des Fahrventils wird der Steuerkolben des Überströmventils 37 mit Überdruck beaufschlagt, so daß die Luftentnahme aus Leitung 13' durch augenblickliches ■ Schließen des Ventils 37 abgeschaltet wird. Mit den ersten Kurbelumdrehungen findet natürlich ein starker Luftdruckrückgang im Behälter statt. Dieser bewirkt nacheinander das Schließen des Überströmventils 49 und die Rückbewegung des Kölbchens 40, womit auch der Steuerzylinder 48 entlüftet und der Kolben 50 durch die Feder 51 zurückbewegt wird, so daß eine Beschleunigung des Dieselmotors auf volle Drehzahl, aber mit noch entlastetem Verdichter eintritt. Nach Abfall auf etwa 4,3 atü schaltet sich der Verdichter durch Rückbewegung des Kölbchens 39 und Entlastung des Ventils 45 auf Vollast. Da der Motor schon volle Umdrehungen hat, geht diese Lastaufnähme sehr glatt und stoßfrei vonstatten, und es ist auch sofort genügend Druckluft da, um die Lokomotive weiterhin anzutreiben. Bei besonders schwerem Anziehen kann der Fahrer schon bei 7 atü den Verdichter und den Motor einrücken, womit der Druckabfall im Kessel nicht so schnell erfolgt, so daß während des Anfahrens längere Zeit hindurch der erhöhte Luftdruck auf die Lokomotivzylinder wirkt. Dieses Einrücken geschieht durch Betätigung eines Ab-

Sperrhahns 52, der zwischen Behälter 16 und den Regelkolben 39 und 40 eingebaut ist. Der Hahn erhält eine Selbstöffnung mit Federoder Druckluftbelastung, um dauerndes Fahren mit Überlast zu verhindern.

Claims (5)

1. Patentansprüche:
2. i. Lokomotive, insbesondere Grubenlokomotive, mit Verbrennungsmotor und Luftverdichter und Antrieb der Achsen durch Druckluftmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß die erwärmte Kühlflüssig-• keit des Motors (10) und des Luftverdichters (11) selbst als Heizflüssigkeit für die mit Druckluft arbeitenden Zylinder (15) der Lokomotive benutzt wird und die hierdurch gekühlte Kühlflüssigkeit weiterhin für Kühlung der Auspuffgase des Motors (10) durch Wärmeaustausch dient. 2. Lokomotive nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung und Verdünnung die Auspuffgase des ■ Verbrennungsmotors (10) mit der aus den Zylindern (15) des Luftmotors abströmenden kalten Druckluft vermischt werden.
3. 3. Lokomotive nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Überströmventil (37), das der Mischvorrichtung (18) auch bei stehender Lokomotive, aber laufendem Luftverdichter (11) Druckluft zur Kühlung und Verdünnung der Auspuffgase zuführt.
4. 4. Lokomotive nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Überströmventils (37) in Abhängigkeit von dem zwischen dem Fahrventil (36) und den Lokomotivzylindern (15) herrschenden Leitungsdruck erfolgt.
5. 5. Lokomotive nach Ansprüchen 3 und 4, gekennzeichnet durch Verwendung zweier Kolben (39, 40), die auf der einen Seite von Druckluft, auf der anderen von verschiedenen starken Federn (41, 42) belastet sind und von denen der Kolben 39 beim Abstellen der Lokomotive und Ansteigen des Druckes auf 4,5 atü den Kompressorsaugstutzen schließt, während der andere Kolben (40) mit Steigen des Drucks auf 7 atü den Motor (10) auf eine geringere Drehzahl einstellt.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen