Niels z'n Wadloper Bladzijde
Hydrostatische aandrijfsystemen
Hydrodynamisch aandrijfsysteem
Hydrostatische aandrijfsystemen
Opleiding en VormingPZ4 opleidingen
Dit onderdeel bevat de Opleiding en Vorming voor Hydrostatische aandrijfsystemen
Les D-1 t/m D-4 Eventuele inconsistenties zijn als zodanig overgenomen uit dit document.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||
Deze uitgave bevat een beschrijving van de hydrostatische aandrijfsystemen en de daarin voorkomende componenten van de DE II omb. en DH-treinstellen.
Het gebruik van dit boek is alleen toegestaan voor cursusdoeleinden. Eventuele constructiewijzigingen of wijzigingen in schema's zijn niet altijd bijgewerkt. Voor onderhoud, herstelling en storingzoeken aan het materieel dient u gebruik te maken van officiële Mw 3 tekeningen.
De afdeling Mw 3 W.M. en de wpl Zl wil ik bij deze bedanken voor hun bijdrage aan de totstandkoming van dit boek.
Voor op- of aanmerkingen houdt de samensteller zich aanbevolen.
Inhoud: |
In dieselelektrische treinstellen van de Nederlandse Spoorwegen benut men de dieselmotor, naast tractieaandrijving, ook voor het aandrijven van een aantal hulpapparaten.
Dez hulpapparaten zijn:
Tijdens recente ontwikkelingen is de oorspronkelijk hiervoor toegepaste mechanische aandrijving vervangen door een hydrostatische aandrijving.
De belangrijkste reden hiervoor is, dat deze hydraulische aandrijving het best in staat is om aan de gestelde systeemeisen te voldoen. Bovendien maakt een hydraulische aandrijving het mogelijk om de hulpapparaten op enige afstand van de dieselmotor op te stellen.
Deze moet een spanning leveren met een frequentie van circa 50 Hz. Hirvoor moet de hulpgenerator ewen vrijwel constant toerental van 1500 omw./min hebben. Dit moet gerealiiseerd worden, terwijl de aandrijvende dieselmotor tussen nullast en vollast een variërend toerental heeft van 850 tot 1740 omw./min.
De door de ventilator geforceerde koeling mag pas werken, als de temperatuur van het dieselkoelwater circa 79 °C is. Deze mag daarna niet verder oplopen dan circa 85 °C (het toerental is hierbij temperatuurafhankelijk).
Deze moet een zo constant mogelijk toerental hebben tussen 1480 en 1590 omw./min. Bovendien moet de compressoraandrijving automatisch stoppen, zodra de perslucht in het reservoir de maximale druk van 7 bar bereikt.
 Figuur D1.1 Hydraulisch schema DE II-ombouw |
Met behulp van het hydraulische schema, opgebouwd met de daarvoor genormaliseerde symbolen, gaan wij na hoe een en ander is gerealiseerd (zie figuur D1.1).
In het schema zien wij, dat dieselmotor 1 een zogenaamde niet-regelbare dubbelpomp 2 aandrijft. De dubbelpomp bestaat uit een tweetal afzonderlijke pompen, die zijn ondergebracht in één pomphuis en gezamenlijk worden aangedreven. De door de pompen aangezogen olie is afkomstig van reservoir 3, waarin ook de retourolie wordt opgevangen. Deze retourolie passeert onder het vloeistofniveau een venturi 4, waardoor als gevolg van de plaatselijk optredende onderdruk de vulling van de pompen wordt gestimuleerd.
 Figuur D1.2 Aandrijving hulpgenerator |
De opbrengst van pomp a wordt getransporteerd naar de regelbare hydromotor 5, die hulpgenerator G aandrijft. Dit is een servogestuurde regelbare hydromotor. Wanneer het toerental van de dieselmotor toeneemt, neemt ook de opbrengst van pomp a per tijdseenheid evenredig toe. De hydromotor 5 wordt echter tegelijkertijd (door een later te verklaren servobesturing) automatisch versteld en gaat voor elke omwenteling een evenredige hoeveelheid olie meer vragen. Als het toerental van de dieselmotor afneemt, neemt ook de pompopbrengst per tijdseenheid af, maar de tegelijkertijd automatisch verstellende hydromotor vraagt per omwenteling een evenredige hoeveelheid olie minder. Op deze wijze blijft het toerental onder alle bedrijfskondities tussen nauwe grenzen konstant.
Wanneer wij voorlopig het toerental van de dieselmotor constant veronderstellen, wordt deze hulpgenerator met een constant toerental aangedreven. De retourolie van motor 5 vloeit via het filter 12 terug naar de zuigleiding van pomp a. Het symbool van een reservoir onder de lekolie-afvoer van motor 5 geeft aan, dat deze lekolie via een leiding naar reservoir 3 wordt afgevoerd. In deze lekolieleidingen zijn filters aangebrachgt. De bedrijfsdruk van motor 5 bedraagt 180 tot 200 bar.
Motor 5 is met de direkt werkende veiligheidsklep 6 beveiligd tegen overbelasting. Wanneer het aandrijven van de generator door een of andere oorzaak een te hoge druk gaat vergen, opent bij een druk van 250 bar klep 6 en wordt het circuit van pomp a hierover kortgesloten. Motor 5 wordt dan niet langer aangedreven.
De opbrengst van pomp b wordt getransporteerd naar twee in serie geschakelde hydromotoren 7 en 8, waarvan motor 7 regelbaar is en compressor C aandrijft, terwijl de niet-regelbare motor 8 de koelerventilator van het dieselmotorkoelwatercircuit aandrijft. Motor 8 is niet-regelbaar, zijn toerental is afhankelijk van de stand van de thermostaatklep 9c. Wij veronderstellen ook hier de aan motor 7 toegevoerde oliestroom constant, waardoor tevens het compressortoerental constant is. Of de oliestroom na het verlaten van motor 7 vervolgens motor 8 aandrijft, is in eerste instantie afhankelijk van de heersende dieselmotorkoelwatertemperatuur.
Motor 8 moet gaan werken, als de koelwatertemperatuur de waarde van 79 °C overschrijdt. Controle hierop vindt plaats met de in apparaat 9 ondergebrachte thermostaat T. De hierdoor bediende klep c bevindt zich door middel van een instelbare veerspanning in geopende stand, waardoor de van motor 7 afkomstige olie, om motor 8 heen, via een omloopleiding kan doorstromen naar de retourleiding. Bereikt de oplopende koelwatertemperatuur een vooraf bepaalde en met de veerspanning ingestelde waarde, dan sluit de thermostaatklep en gaat motor 8 de ventilator aandrijven.
 Figuur D1.3 Regeling koelwatertemperatuur |
Omdat bij toenemende koelwatertemperatuur deze thermostaatklep zeer geleidelijk sluit, zal ook geledelijk meer olie gedwongen zijn via motor 8 te stromen. Deze motor zal dus de ventilator sneller gaan aandrijven, naarmate de koelwatertemperatuur oploopt. In tegengestelde richting werkt deze regeling eveneens naar behoefte, want bij afnemende koelwatertemperatuur ontvangt motor 8 steeds minder olie, waardoor hij dus langzamer gaat lopen en uiteindelijk stopt.
Gelijktijdig hiermee openen de voor de koeler aangebrachte en met veren gesloten jalouziekleppen. Cilinder 10 ontvangt nu namelijk aan de bodemzijde de ingangsdruk van motor 8 en heeft aan de stangzijde slechts de retourdruk (op een kleiner oppervlak). Als gevolg hiervan maakt de zuigerstang de uitgaande slag en opent de jalouziekleppen. De bedrijfsdruk van motor 7 en motor 8 samen is uiteraard hoger dan die van motor 7 alleen, omdat dan na de voor de compressoraandrijving benodigde drukval in motor 7 nog werkdruk beschikbaar moet zijn voor motor 8. Deze voor motor 8 bestemde werkdruk is eveneens begrensd met een veiligheidsklep d, die in thermostaatklep 9 is ingebouwd. Bij gesloten thermostaatklep en overbelasting van motor 8 ontstaat door het openen van deze veiligheidsklep de omloopverbinding om motor 8, waardoor deze stopt.
 Figuur D1.4 In- en uitschakelen compressor |
De drie, tot één geheel samengebouwde apparaten 11 maken het onder twee verschillende omstandigheden mogelijk, dat de van pomp b afkomstige olie motor 7 niet aandrijft, maar terugstroomt via een kortsluitverbinding tussen de ingang en de uitgang van deze motor. Combinatie 11 bestaat uit een hulpgestuurde of indirekt werkende veiligheidsklep, die wordt gevormd door een hoofdklep e en een hulpklep f, waarop tevens een elektromagnetisch te bedienen 3/2-stuurschuif g met terugbrengveer is aangesloten. In de getende situatie heerst voor de hoofdklep e de door pomp b geleverde druk die tevens naar de linker- en rechterkant van de klep is doorverbonden. Omdat aan de rechterkant een extra veerspanning heerst, is deze klep thans gesloten. Dezelfde druk is aanwezig vóór hulpklep f en de onderkant daarvan, terwijl op de bovenzijde hiervan twee tegenkrachten optreden. Dit zijn namelijk de veerspanning en de kracht, die worden veroorzaakt door de druk, die via de normaal geopende schuif g is doorverbonden. Deze stuurdruk is afkomstig van een punt in de retourleiding, dat is afgetakt vóór koeler 14. Alvorens de retouroliestroom in reservoir 3 geheel drukloos wordt, moet de bewust aangebrachte weerstand van de viscositeitsgevoelige smoring 13 nog worden overwonnen. Met andere woorden: aan de bovenzijde van apparaat 11f heerst een stuurdruk, die gelijk is aan de drukval over 13 en 14.
Een van de mogelijkheden, waardoor de kortsluitverbinding om motor 7 heen ontstaat, is een te-hoog-oplopen van de pompdruk. Deze opent dan eerst hulpklep f en omdat dan aan de veerzijde van klep e olie afgevoerd wordt, die slechts via een restrictie h kan worden aangevuld, daalt aan deze zijde van de hoofdklep e de druk. De gehandhaafde druk aan de linkerzijde van de hoofdklep kan deze thans openen en als gevolg van een normale overbelastingsbeveiliging wordt motor 7 niet langer aangedreven.
Een andere en tevens veelvuldiger voorkomende reden om motor 7 te stoppen is het bereiken van de maximaal gewenste persluchtdruk in het hoofdreservoir. De maximale en de minimale druk in dit reservoir worden gecontroleerd door een drukschakelaar. Zodra de door motor 7 aangedreven compressor in het hoofdreservoir een druk van 7 bar tot stand brengt, sluit deze drukschakelaar een elektrisch contact, waardoor de magneetspoel van schuif g wordt bekrachtigd. De bovenzijde van klep f wordt hierdoor drukloos, zodat hier alleen een lichte veerspanning overblijft. De systeemdruk kan nu gemakkelijk klep f en vervolgens klep e openen en motor 7 stop de compressor, omdat de maximumwaarde van de persluchtdruk bereikt is. Wanneer vervolgens door luchtverbruik de persluchtdruk daalt, zal bij een waarde van 5,9 bar de elektrische bekrachtiging van schuif g wegvallen. Hierdoor treedt de stuurdruk op klep f weer op en sluit deze. Vervolgens sluit eveneens klep e en kiest de opbrengst van pomp b weer de route via motor 7. Met andere woorden de compressor wordt opnieuw aangedreven en voert de persluchtdruk op tot 7 bar.
Na de bespreking van de hoofdlijnen van de hydraulische installatie, waarbij wij het toerental van dieselmotor 1 constant verondersteld hebben, bekijken wij thans de in het systeem noodzakelijke servobesturing van de hydromotor 5. De servosturing van motor 7 is identiek hieraan.
 Figuur D1.5 Servosturing motor 5 |
Wanneer de dieselmotor draait met het minimum aantal omwentelingen per minuut, is de opbrengst van de pompen a en b eveneens het laagst. Het slagvolume van motor 5 dient in deze situatie zodanig te zijn afgesteld, dat de motor met de hieraan toegevoerde oliestroom precies 1500 omwentelingen per minuut maakt. Het verstelmechanisme van motor 5, waarmee het slagvolume traploos gevarieerd kan worden, bestaat uit de differentiaalstuurplunjker 16 en servoschuif 17.
Op het kleine zuigeroppervlak van de genoemde stuurplunjer 16 is de systeemdruk voortdurend aanwezig, evenals op de voedingspoort van de servoschuif 17.
Het motordeksel bezig een aparte aansluiting, waarop een filter 20 gemonteerd is met een maaswijdte van 10 μm. Dit zeer fijne filter moet het zeer precies gefabriceerde servogedeelte, dat daardoor ook gevoelig is voor vuil, extra bescherming geven tegen verontreiniging. Het motordeksel bevat een terugslagklep, die nodig is, wanneer een dergelijk motortype wordt toegepast voor twee draairichtingen. Omdat in deze toepassing slechts één draairichting voorkomt, vervult deze standaard aanwezige klep geen functie.
Een toenemend toerental van de dieselmotor veroorzaakt in het systeem de navolgende reacties. De opbrengsten van de pompen a en b nemen toe en hiermee gaat de motor 5,6 met zijn op dat moment vaste slagvolume, sneller lopen. Door de toegenomen opbrengst van pomp b moet er echter nu ook meer olie per tijdseenheid passeren via smoring 13 naar reservoir 3 (zie figuur D1.1). Deze vaste doorlaatopening van ∅ 5,6 mm van deze smoring laat deze grotere volumestroom echter alleen passeren ten koste van een grotere drukval. De druk achter de smoring is vrijwel 0 bar en nagenoeg constant. De consequentie is, dat bij toenemende volumestroom de druk vóór smoring 13 eveneens toeneemt. Met behulp van twee stuurleidingen wordt deze variërende druk afgetakt en gebruikt als besturing van de servoschuif 17. Deze stond tot nu toe in de gesloten middenstand als gevolg van evenwicht tussen de heersende stuurdruk en een tweetal veren. Een van deze veren is instelbaar en dient voor de afstelling.
Door de toenemende stuurdruk wordt dit evenwicht verstoord en gaat de servoschuif van motor 5 omlaag. Er komt een verbinding tot stand tussen de systeemdruk en het grote oppervlak van de stuurplunjer 16, die daardoor op zijn beurt omhoogbeweegt. Het slagvolume van de desbetreffende motor wordt door deze verstelling vergroot, waardoor de motor, die sneller was gaan lopen, nu weer in toerental terugloopt. Tijdens de verstelling wordt ook de niet-instelbare veer van de servoschuif meer gespannen, zodat er een nieuw evenwicht ontstaat tussen de hogere stuurdruk en de toegenomen veerspanning. Het gevolg is, dat de servoschuif de middenstand weer inneemt en de stuurplunjer stopt. Bij deze toegenomen olietoevoer heeft de motor thans een groter slagvolume, waarmee hij weer 1500 omw./min maakt. (in ± 0,2 sec.)
De hierboven beschreven acties en reacties volgen elkaar in het systeem zodanig snel op, dat het motortoerental tussen nauwe grenzen constant blijft.
Bij een dalend motortoerental treedt de servobesturing op dezelfde wijze, maar in tregengestelde richting, op.
Allereerst daalt dan de pompopbrengst en gaat motor 5 met het nog niet gecorrigeerd slagvolume langzamer lopen. Vervolgens daalt de druk voor de smoring 13 en dus de stuurdruk op de servoschuif. De veerspanning krijgt de overhand en stuurt de servoschuif 17 omhoog. Onder de stuurplunjer 16 ontwijkt olie, zodat deze omlaagbeweegt. Hij verstelt hiermee de motor naar een kleiner slagvolume en vermindert tevens de veerspanning. Als de servoschuif weer in de evenwichtsmiddenstand staat, maakt de motor met de verminderde olietoevoer, als gevolg van het eveneens evenredig verminderde slagvolume 1500 omw./min.
Figuur D1.6 toont een schema, waarin de componenten door middel van leidingen met elkaar zijn verbonden. In het systeem zijn 7 meetpunten aanwezig, waarop een controlemanometer kan worden aangesloten.
 Figuur D1.6 Leidingschema DE-II omb. |
Inhoud: |
De hulpapparaten, die in DH-treinen hydrostatisch worden aangedreven, zijn grotendeels dezelfde als in DE II-ombouwtreinen. Ook de in les D1 reeds genoemde systeemeisen zijn nagenoeg gelijk. De toerentallen van compressor en hulpgenerator zijn echter anders. Ook de manier, waarop deze zijn gerealiseerd, verschilt in een aantal belangrijke punten tussen de beide typen van treinstellen. Daarom zal in deze les vooral aandacht aan deze verschillen worden besteed.
De belangrijkste verschillen tussen de DE II-ombouwtreinen en de DH-treinen zijn in de onderstaande tabel aangegeven:
| DE II-ombouwtreinen | DH-treinen |
|---|---|
| Diesel-elektrische tractie-aandrijving. | Diesel-hydraulische tractie-aandrijving. |
| Het constante toerental van de hulpgenerator en compressor wordt verkregen met twee verstelbare motoren, die elk door een niet-verstelbarepomp worden aangedreven. | Het constante toerental van hulpgenerator en compressor wordt verkregen met twee niet-verstelbare motoren, die, in serie, door één verstelbare pomp worden aangedreven. |
| Het stuursignaal voor de motorverstelling is afkomstig van de retourleiding van het stysteem. | Het stuursignaal vor de pompverstelling is afkomstig van de persleiding van het systeem. |
| Het hydraulische signaal voor het inschakelen van de compressor is afgetakt van de retourleiding vóór een viscositeitsongevoelige smoring. | Het hydraulische signaal voor het inschakelen van de compressor is zonder meer afgetakt van de retourleiding. |
| De geforceerde koeling treedt op door werking van de koelerventilator en het openen van jalouziekleppen voor de koeler. | De geforceerde koeling treedt op door werking van de koelerventilator èn geleidelijke opening van een koelwaterregelklep, waardoor een toenemende hoeveelheid koelwater door de koeler stroomt. |
 Figuur D2.1 Hydraulisch schema DH |
Figuur D2.1 toont het totaaloverzicht van de hydrostatische installatie in DH-treinen.
De nummering van de componenten is dezelfde als die van de overeenkomstige componenten in figuur D1.1. Dit vergemakkelijkt het vergelijken van de beide schema's.
Dieselmotor 1 drijft de verstelbare pomp 2a aan. Allereerst passeert zijn opbrengst de smoring 13. Deze weerstand heeft een drukverschil tot gevolg tussen de uitlaatpoort van de pomp en de leiding na de smoring. Beide waarden worden door de servobesturing in de pomp met elkaar vergeleken en zijn bepalend voor het slagvolume van de pomp.
Het verschil tussen deze beide drukken is echter niet steeds gelijk. Bij toenemend toerental van de dieselmotor neemt ook het toerental en dus de opbrengst van de pomp toe. Over weerstand 13 veroorzaakt dit een grotere drukval. Bij afnemend toerental daalt de opbrengst van de pomp en wordt de drukval over 13 kleiner. Deze verschillen worden in de pomp als servobesturing benut op soorgelijke [sic] wijze als in figuur D1.1 bij de motoren 5 en 7. Dit betekent, dat bij toenemend toerental het slagvolume van de pomp evenredig wordt verkleind en bij afnemend toerental het slagvolume evenredig wordt vergroot. Hierdoor zal binnen het hele bedrijfstoerentgebied van de dieselmotor de opbrengst van pomp 2a vrijwel constant zijn.
De servosturing van pomp 2a bespreken wij met behulp van een gedetailleerd symbool en een doorsnedetekening van deze pomp.
 Figuur D2.2 Gedetailleerd symbool servosturing |
In de getekende situatie heeft de aandrijvende dieselmotor zijn minimale bedrijfstoerental. Het servomechanisme houdt het plunjerblok in de onderste stand en dus heeft de pomp maximaal slagvolume. Deze uitgangspositie is het gevolg van de vooraf ingestelde waarde van veer 1. De kracht van deze veer samen met de pompdruk minus het drukverschil maakt evenwicht met de pompdruk. Hierbij staat servoschuif 2 in de gesloten middenstand en is de besturing in rust. Als het pomptoerental toeneemt, neemt ook het drukverschil over de ingebouwde smoring 13 toe. Met andere woorden het evenwicht wordt verstoord ten gunste van de druk boven op schuif 2. De schuif schakelt hierdoor omlaag en brengt de pomp in verbinding met de onderzijde van stuurplunjer 3. De bovenzijde van deze plunjer staat voortdurend in verbinding met de pomp, zodat nu aan beide zijden dezelfde druk heerst. Door het verschil in werkzaam oppervlak beweegt plunjer 3 echter omhoog en verstelt deze het plunjerblok naar een kleiner slagvolume. Zodra de toegenomen volumestroom, als gevolg van toenemend pomptoerental, weer tenietgdaan is door het verminderde slagvolume, heeft het drukverschil weer zijn oorspronkelijke waarde en komt schuif 2 in de ruststand terug. De verstelling is beëindigd en omdat een en ander zeer snel in zijn werk gaat, kan gesteld worden, dat de volumestroom van de pomp binnen nauwe grenzen constant blijft.
 Figuur D2.3 |
Dezelfde servobesturing in tegengestelde richting treedt op, wanneer het bedrijfstoerental van de dieselmotor afneemt. Allereerst neemt hierdoor het drukverschil af. Het evenwicht van servoschuif 2 wordt verstoord ten gunste van druk en veerkracht samen werkend op de onderzijde. De schuif schakelt hierdoor omhoog en verbindt de onderzijde van stuurplunjer 3 met retour. Deze plunjer beweegt dan omlaag en verstelt het plunjerblok voor een groter slagvolume. Zodra de afgenomen volumestroom door verminderd toerental weer is gecompenseerd door toegenomen slagvolume , is niet alleen de volumestroom weer constant, maar ook het drukverschil. Servoschuif 2 keert in zijn middenstand terug en de servosturing is beëindigd.
 Figuur D2.4 Aandrijving hulpgenerator en compressor |
Doordat de beide in serie geplaatste hydromotoren 5 en 7 dezelfde constante volumestroom ontvangen van pomp 2a, is hun toerental constant. Hun niet verstelbare slagvolume is echter verschillend. Hierdoor drijft motor 5 de hulpgenerator aan met 2450 omw./min en geeft motor 7 de compressor een toerental van 1940 omw./min. De totale toelaatbare werkdruk van pomp 2a bedraagt circa 250 bar. Omdat de motoren 5 en 7 in serie staan, vormen zij elk een deel van de totale belasting en is voor elke motor dus ook maar een deel van de totale druk beschikbaar. Voor motor 5 is dit 100 bar. Op deze waarde is veiligheidsklep 6 afgesteld. Zodra toenemende generator-motorbelasting meer druk gaat vergen dan 120 bar, opent klep 6 en laat de volumestroom passeren, zodat motor 5 tot stilstand komt.
Na het stoppen van de dieselmotor zal het vliegwieleffect van de generatormassa motor 5 nog enige tijd als pomp aandrijven. Hierbij moet echter de olie ongestoord kunnen doorstromen. In die situatie opent terugslagklep 16 en ontstaat een kortsluitcircuit tussen opbrengst en aanzuig van 5.
Het maximale drukverschil, waarmee motor 7 compressor c mag aandrijven, bedraagt circa 150 bar. Deze waarde wordt begrensd door de indirect werkende veiligheidsklep 11
Het starten en stoppen van de compressoraandrijving verloopt bij DH-treinen op identieke wijze als bij DE II-ombouwtreinen. Het hydraulisch signaal om de compressor aan te drijven is bij DH-treinen echter zonder meer afgetakt van de retourleiding en niet, zoals bij DE II-ombouwtreinen, vóór een viscositeitsongevoelige smoring.
Tevens vindt het in- en uitschakelen van de compressor bij DH-treinen plaats bij persluchtdrukken tussen 8,5 en 10 bar en niet, zoals bij DE II-ombouwtreinen, tussen 5,9 en 7 bar.
 Figuur D2.5 Regeling koelwatertemperatuur |
Behalve de verstelbare pomp 2a drijft dieselmotor 1 ook een niet-verstelbare pomp 2b aan. De opbrengst van pomp 2b is bestemd voor het aandrijven van de eveneens niet-verstelbare ventilatormotor 8. De werking van deze ventilatormotor is echter niet direct van de opbrengst van pomp 2b afhankelijk, maar van de heerstende koelwatertemperatuur. Zolang de koelwatertemperatuur beneden 83 °C is, zal klep 9c van de thermostaatklep 9 geheel geopend zijn. De pomp 2b zal dan drukloos kunnen rondpompen en de ventilatormotor 8 zal niet worden aangedreven. Wanneer nu de temperatuur boven 83 °C zal gaan oplopen, zal klep 9c geleidelijk gaan sluiten.
Dus nu heeft drukopbouw in de toevoerleiding vanaf de pomp 2b naar de 3/2-schuif 12, ventilatormotor 8 en thermostaatklep 9 plaats. Daarentegen zal de druk in de retourleiding lager worden. Nu zal gelijktijdig de ventilatormotor gaan draaien en de schuif 12 worden bediend, dus deze gaat naar rechts. Met als gevolg, dat de servoschuif 10 via het stuurcilindertje gaat schakelijk van stand 1 via 0 naar stand 2. Des te meer de temperatuur gaat oplopen, des te meer drukopbouw zal er plaatsvinden. Hierdoor zal de ventilatormotor sneller gaan draaien en de servoschuif zal dan uiteindelijk in zijn schakelstand 2 komen. In schakelstand 1 zal koelwater via de by-pass wegstromen. In schakelstand 0 zal er een deel van het koelwater via de by-pass en een deel via het koelerelement stromen. In schakelstand 2 zal het koelwater volledig door het koelerelement stromen en dus heeft er een maximale koeling plaats.
Klep 9 bevat voor motor 8 ook nog een overbelastingsbeveiliging d, die is afgesteld op 200 bar.
De ingebouwde koeler 14 (zie figuur D2.1) begrenst de olietemperatuur op circa 90 °C.
Figuur D2.6 toont een schema, waarin de componenten door middel van leidingen met elkaar zijn verbonden. In het systeem zijn 7 meetpunten aanwezig, waarop een controlemanometer kan worden aangesloten.
 Figuur D2.6 Leidingschema DH |
Inhoud: |
Inm de lessen D1 en D2 is het vereiste inzicht verschaft over de navolgende onderwerpen:
Om de vereiste technische informatie te completeren besteden wij in de navolgende lessen aandacht aan de constructieve uitvoeringen van de componenten.
Zo veel mogelijk zal dit gebeuren in de logische volgorde van de hydraulische kringlopen. Omdat de componenten worden toegepast in DE II-ombouw en DH of in een van beide, wordt telkens verwezen naar de betreffende schema's D1.1 en D2.2.
 Figuur D3.1 Het reservoir (DE II-ombouw) |
Het reservoir (zie figuur D3.1) dient om een reservevoorraad olie voor het systeem te bewaren en is tevens het eindpunt voor de retour- en lekolieleidingen en het beginpunt voor de zuigleiding. De retourolie komt via aansluitpoort 1 in de filterkamer. In deze poort is een viscositeitsongevoelige smoring 3 aangebracht in de vorm van een smoorplaatje met een boring van ∅ 5,4 mm. De olie passeert eerst het schijffilter 2, wordt hierdoor gereinigd en komt via het inwendige hiervan in injector 3. De toenemende oliestroomsnelheid in de venturi stimuleert de aanzuig van olie uit het reservoir naar de aan poort 6 aangesloten pompen. Poort 7 is de lekolie-aansluiting. De onderdelen 4 en 5 zijn respectievelijk het peilglas en de vuldop.
Figuur D2.2 3, 4 en 15Dit reservoir (zie figuur D3.2) is in principe gelijk aan die in DE II-ombouwtreinstellen. De vormgeving is echter anders en de smoring ontbreekt. Bij toenemende filtervervuiling ontstaat om het filterelement heen doorstroming van de olie. Hierdoor blijft de stroming in stand, maar wordt de olie niet langer gefilterd.
 Figuur D3.2 Het reservoir (DH) |
Deze bestaat uit twee naast elkaar geplaatste en in één huis ondergebrachte axiale plunjerpompen met constant slagvolume (zie figuur D3.3). De aan de dieselmotor gekoppelde aandrijfas 1 drijft via een tandwiel twee gelijke en in elkaar grijpende tandwielen 2 aan, die elk een, in dubbele kogeldruklagers ondersteunde, as aandrijven. Door deze as wordt slagplaat 3 meegenomen, waarin de bolle koppen van de drijfstangen 4 scharnierend zijn bevestigd. Deze drijfstange zijn hierdoor gedwongen met de slagplaat mee te lopen en dwingen op hun beurt de plunjers 5 eveneens te roteren. Het plunjerblok 6 draait hierbij, gecentreerd door centreerpen 7, mee.
 Figuur D3.3 Niet-verstelbare dubbelpomp |
De hellingshoek tussen de slagplaat en het plunjerblok bedraagt 25°. Hierdoor worden de plunjers gedwongen om per hele omwenteling van het plunjerblok één uitgaande en één ingaande lineaire slag te maken in hun boring. Deze boringen staan via kanalen in contact met twee niervormige sleuven in spiegelplaat 8, die elk iets minder dan 180° van de omtrek bestrijken. Gedurende de uitgaande slag van een plunjer staat de bijbehorende boring in contact met de zogenaamde zuigsleuf 11, die is verbonden met het reservoir.
Hierdoor zullen alle plunjers opeenvolgend gedurende een halve omwenteling olie aanzuigen.
Gedurende de ingaande slag van een plunjer staat de bijbehorende boring in contact met de zogenaamde perssleuf 12, die is verbonden met het systeem en verdringen de plunjers de aangezogen olie gedurende de volgende halve omwenteling naar de aan te drijven motoren. De zuig- en de perspoort bevinden zich in deksel 9, terwijl onder in het pomphuis een lekoliepoort 10 is aangebracht.
Deze eenheden zijn geschikt om naar keuze te worden toegepast als pomp of als motor (zie figuur D3.4).
Bij toepassing als pomp worden de hoofdas en de daarmee verbonden slagplaat aangedreven.
 Figuur D3.4 Niet-verstelbare pomp-motoreenheid |
De hierin scharnierende opgesloten drijfstangen zijn eveneens gedwongen te roteren en nemen de plunjers en het plunjerblok mee. Door de hellingshoek tussen slagplaat en plunjerblok bewegen de plunjers tijdens hun rotatie heen en weer in hun boringen. Gedurende 180° omwenteling wordt hierdoor het volume van een plunjerkamer groter. In deze periode, van het onderste dode punt tot het bovenste dode punt, is een dergelijke plunjer verbonden met de zuigsleuf in de spiegelplaat. Elkaar opvolgend zuigen de plunjers zo voortdurend olie uit het reservoir. Gedurende de volgende 180°, van het bovenste dode punt tot het onderste dode punt, wordt het volume van een plunjerkamer kleiner. In die fase is een dergelijke plunjerkamer verbonden met de perssleuf in de spiegelplaat en wordt de daarin aanwezige olie verdrongen in de richting van de motor.
Bij toepassing als motor ontvangt de helft van de plunjers via de spiegelplaat olie onder druk. Dit betreft die, elkaar voortdurend aflossende plunjers, die op dat moment een voor aandrijven gunstige hellingshoek hebben ten opzichte van de slagplaat. De door de plunjers uitgeoefende krachten drijven de slagplaat aan, die samen met de motoras gaat roteren. Telkens wanneer een plunjer zijn aandrijvende positie verliest in het bovenste dode punt, komt zijn achterzijde in contact met de afvoersleuf in de spiegelplaat. Inmiddels is dan echter via het onderste dode punt alweer een nieuwe plunjer opgedoken om een aandrijvende positie in te nemen.
Het enige principiële verschil tussen de hiervoor besproken niet-verstelbare pomp-motoreenheden en deze verstelbare axiale plunjerpompen/motoren is de mogelijkheid om de hellingshoek tussen slagplaat en plunjerblok te wijzigen.
Dit heeft verandering van de slaglengte van de plunjers in het plunjerblok tot gevolg en dus verandering van het slagvolume. Bij toepassing als pomp biedt dit de navolgende mogelijkheden:
Van deze tweede mogelijkheid is sprake bij DH-treinstellen.
Bij toepassing als motor zijn de mogelijkheden:
Van deze tweede mogelijkheid is sprake bij DE II-ombouw.
In de meest eenvoudige vorm kan verstelling van de hellingshoek van het plunjerblok plaatsvinden met een handwiel. In ons geval, waar voortdurende aanpassing aan het dieselmotortoerental noodzakelijk is, moet dit automatisch gebeuren met behulp van een ingebouwde servobesturing, zoals voor de pomp 2a in les D2.
Wij zullen nu de servogestuurde verstelbare motor nader bespreken (zie figuur D3.5). In deze figuur is de hellingshoek tussen slagplaat en plunerblok minimaal.
 Figuur D3.5 Verstelbare pomp-motoreenheid |
Via de spiegelplaat wordt olie opnder druk toegevoerd aan de plunjer gedurende de halve omwenteling, waarin zij met hun uitgaande slag de slagplaat en daarmee de uitgaande as aandrijven. Dezelfde spiegelplaat zorgt voor olie-afvoer naar de retourleiding gedurende de andere halve omwenteling, waarin de plunjers de ingaande slag moeten maken. De drukaansluiting van de motor is, behalve naar de spiegelplaat, tevens doorverbonden naar het kleine zuigeroppervlak van de stuurzuiger 17 en naar de voedingspoort van servoschuif 16. Deze doorverbinding komt uitwendig en via een filter van 10 μm tot stand. Deze schuif is momenteel gesloten op grond van evenwicht tussen de veren 1 en 2 en de oliedruk op de stuuraansluiting. Zoals reeds is vermeld, zal niet alleen bij toenemend toerental van de dieselmotor een te grote opbrengst van de pompen ontstaan, maar ook een toenemende stuurdruk op servoschuif 16.
Deze laatste verlaat zijn gesloten middenstand en brengt de drukaansluiting van de motor in verbinding met het grote zuigeroppervlak van stuurplunjer 17. De stuurplunjer beweegt nu omlaag en neemt hierbij het plunjerblok van de motor mee. Veerspanning 1 neemt nu echter ook toe en daarom zal er een nieuw evenwicht ontstaan tussen de toegenomen stuurdruk en de toenemende veerspanning, die schuif 16 weer in de gesloten middenstand brengt. Stuurplunjer 17 stopt nu en houdt het plunjerblok onder een grotere hellingshoek ten opzichte van de slagplaat. Er is nu per motoromwenteling een groter volume olie nodig en dit is evenredig aan de toegenomen opbrengst van de pomp. Hierdoor blijft het motortoerental constant.
Bij afnemende pompopbrengst en daarmee dalende drukj op de stuuraansluiting werkt de servoschuif in tegengestelde richting en zal er olie van het grote zuigeroppervlak van stuurplunjer 17 drukloos wegvloeien. Het plunjerblok van de motor wordt dan naar een kleinere hellingshoek verplaatst en kan bij verminderde olietoevoer met zijn kleinere slagvolume het toerental handhaven.
De verstelmogelijkheden van het plunjerblok liggen tussen 7 en 25°.
 Figuur D3.6 Direct werkende veiligheidsklep |
Deze klep (zie figuur D3.6) beschermt motor 5 tegen overbelasting. De systeemdruk is aangesloten op poort 1 en heerst, via enkele dwarsboringen, ook onder kegelklep 2. Aan deze kegelklep bevindt zich een dempingsplunjer 3, die met enige speling in een blinde boring kan bewegen. De ruimte onder deze plunjer dient zich met olie te vullen bij het opnemen van de klep en deze olie moet verdrongen worden bij het sluiten van de klep. Door de geringe speling van plunjer 3 in zijn boring geeft dit aan de klepacties enige vertraging, waardoor het "klepperen" hiervan wordt voorkomen. De maximale systeemdruk is instelbaar met schroef 4 en met moer 5 te borgen. Hiermee is de veerspanning van veer 6 ingesteld. Wanneer de systeemdruk stijgt boven de met deze veer ingestelde waarde, opent klep 2 en stroomt de opbrengst van pomp 2a via poort 7 door de veiligheidsklep.
Inhoud: |
 Figuur D4.1 Indirect werkende veiligheidsklep met elektromagnetische ontlastbesturing |
Deze gecompliceerde klep (zie figuur D4.1) vervult twee taken (zie de functieschema's D1.1 en D2.2):
Deze drukken zijn:
De van de pomp afkomstige systeemdruk is aangesloten op poort 1 en bekrachtigt daar plunjer 2. Via smoring 3 is dezelfde druk echter tot stand gekomen aan de andere zijde van plunjer 2. Er heerst hier dus een hydraulische balans, waardoor veer 4 in staat is de plunjer in de linkerpositie te houden. Hiermee is de verbinding tussen poort 1 en poort 5, welke laatste is aangesloten aan de retourleiding van motor 7, gesloten. De genoemde systeemdruk is via kanaal 6 ook aanwezig op klep 7, maar deze is in de beschreven situatie gesloten. De sluitkracht van klep 7 komt als volgt tot stand. Tussen klep 7 en stuurplunjer 8 bevindt zich een veer 9. Stuurplunjer 8 is naar rechts bediend door oliedruk, die afkomstig is van een aftakking in de retourleiding.
Deze oliedruk, die aanwezig is op poort 10, is langs kern 11 doorverbonden naar kanaal 12. De sluitkracht van veer 9 is nu relatief hoog, omdat stuurplunjer 8 hem extra gespannen houdt. Hierdoor zal bij normale systeemdrukken de veiligheidsklep niet openen en drijft motor 7 de kompressor aan. De maximale persluchtdruk is kennelijk ook nog niet bereikt, want in dat geval wordt door een drukschakelaar magneetspoel 13 bekrachtigd en ontstaat er een geheel andere situatie.
Wanneer nu motor 7 overbelast wordt, met als gevolg een te hoog oplopende systeemdruk, opent klep 7 tegen veerspanning 9 in en stroomt er olie uit kanaal 6 drukloos weg (de veerkamer achte klep 7 heeft een drukloze afvoer).
Omdat smoring 3 beperkte aanvulling toestaan, daalt de druk rechts van plunjer 2, waardoor de systeemdruk op poort 1 de plunjer bedient en de verbinding tussen de poorten 1 en 5 tot stand brengt. De oliestroom passeert nu niet lamger motor 7, waardoor deze stopt.
De tweede reden om motor 7 te stoppen is het bereiken van de maximale persluchtdruk in het hoofdreservoir. Dit wordt gemeld door elektrische bekrachtiging van magneetspoel 13. Als gevolg hiervan beweergt kern 11 naar links, sluit poort 10 en ontstaat een verbinding tussen de poorten 12 en 14. De stuurdruk op plunjer 8 valt nu weg via de drukloze veerkamer en veer 9 beweegt plunjer 8 naar links. Hiermee neemt ook de spanning van veer 9 aanzienlijk af. Normale systeemdrukken op klep 7 zijn nu reeds in staat deze klep te openen met het bekende gevolg, dat ook plunjer 2 opent, motor 7 geen olietoevoer meer heeft en de compressor stopt.
Deze klep (zie figuur D4.2) zorgt ervoor, dat motor 8 de ventilator gaat aandrijven, wanneer de koelwatertemperatuur van de dieselmotor te hoog oploopt. De met huls 1 ingestelde spanning van veer 2 houdt plunjer 3 in de hoogste stand. Hierdoor is in het apparaat een verbinding aanwezig tussen poort 4 en poort 5 en via deze verbinding passeert de totale opbrengst van pomp 2b de kortsluitleiding rondom motor 8 (zie functieschema).
Het thermostaatelement 6 is ondergebracht in het koelwatercircuit. Neemt de temperatuur hiervan toe, dan zet deze uit en dwingt plunjer 3, tegen veer 2 in, omlaag. De verbinding tussen de poorten 4 en 5 begint te sluiten, waardoor een deel van de olie via motor 8 stroomt en deze gaat aandrijven. Als plunjer 3 uiteindelijk geheel gesloten is, stroomt de totale pompopbrengst via motor 8 en draait deze met het maximale toerental. Stel, dat in deze situatie motor 8 overbelast wordt, dan loopt de druk op poort 4 zodanig hoog op, dat de hierdoor beïnvloede veiligheidsklep 7 opent. Opnieuw ontstaat dan via de poorten 4 en 5 een kortsluitverbinding om motor 8 heen.
De hier ingebouwde veiligheid is van hetzelfde type als veiligheid 6.
Door middel van uitdraaien van veerbus 1 zal plunjer 3 poort 4 geheel afsluiten, waardoor motor 8, onafhankelijk van de motorkoelwatertemperatuur, continu zal worden aangedreven.
 Figuur D4.2 Thermostaatklep met ingebouwde veiligheidsklep |
Deze cilinder (zie figuur D4.3) dient voor het bedienen van de jalouziekleppen, die zich voor de koeler bevinden.
Bij een lage koelwatertemperatuur van de dieselmotor heerst in de cilinder zowel aan de bodemzijde als aan stangzijde een lage druk, namelijk de retourdruk van het stysteem. De cilinder levert dan weinig kracht in uitgaande richting. Hierdoor kunnen uitwendig aangebrachte veren de jalouziekleppen gesloten houden, waardoor de koellucht niet door de koeler kan stromen en waardoor het dieselkoelwater snel op temperatuur komt.
 Figuur D4.3 Dubbelwerkende cilinder |
Bij toenemende koelwatertemperatuur, met als gevolg toenemende sluiting van themrostaatklep 9, ontvangt de bodemzijde van de cilinder tegelijkertijd met motor 8 in toenemende mate de systeemdruk, terwijl de stangzijde met de retourdruk verbonden blijft. De zuigerstang gaat hierdoor uit en opent de jalouziekleppen voor de koeler.
De voornaamste onderdelen van deze cilinder zijn: bodem 1, zuiger 2, cilinderbuis 3, deksel 4, stofschraapring 5, lager 6 en zuigerstang 7.
De 3/2 stuurschuif (zie figuur D4.4) dient voor besturing van de koelwaterklep 10. Deze bestaat uit een buis 1 met een centrale boring en een aantal aansluitpunten. In deze boring is een metaliek afdichtende schuif 2 ondergebracht, die in de ruststand door veer 3 naar links is geschakeld. Deze ruststand is aanwezig, wanneer er geen noemenswaardig verschil bestaat tussen de drukken, die zijn aangesloten op de poorten H.D. en R.D. (R.D. betekent retourdruk). Dit is het geval bij lage temperatuur van het koelwater, waarbij thermostaatklep 9c geheel open is. Poort R.D. is dan verbonden met poort R.Z. en poort H.Z. met poort L.O.
 Figuur D4.4 3/2-stuurschuif |
Bij toenemende koelwatertemperatuur gaat thermostaatklep 9c geleidelijk sluiten, waardoor de druk op de H.D.-poort stijgt. (Door dezelfde drukopbouw begint motor 8 te werken.) De retourdruk R.D. blijft gelijk en hierdoor kan H.D. de kracht van veer 3 overwinnen. Schuif 2 schakelt naar rechts, waardoor poort H.D. wordt verbonden met poort H.Z en poort R.Z. met poort L.O.
Figuur D4.5 toont een detailschema van deze 3/2-stuurschuif, samen met de koelwaterregelklep 10, die erdoor wordt bediend.
 Figuur D4.5 Detailschema 3/2-schuif en koelwaterregelklep |
 Figuur D4.6 Koelwaterregelklep |
Deze klep (zie figuur D4.6) is een door een dubbelwerkende cilinder 1 bediende wisselafsluiter, die het koelwater langs of door de koeler heen kan sturen. Als de drukken op H.D. en R.D. weinig verschillen, zorgt ingebouwde veer 2 voor de getekende stand. Het koelwater stroomt dan grotendeels langs de koeler heen. Een kleine boring in klep 3 zorgt, dat ook nu een geringe hoeveelheid koelwater door de koeler stroomt. Stijgt de druk op H.D. (een gevolg van het sluiten van thermostaatklep 9c en het omschakelen van 3/2-schuif 12), dan schakelt klep 3 zeer geleidelijk om. Deze geleidelijkheid wordt in hoofdzaak veroorzaakt door de smoring, die zich in de stuurleiding bevindt. Hierdoor stroomt in steeds toenemende mate het koelwater door de koeler heen.
De watergekoelde oliekoeler/warmtewisselaar is van het in figuur D4.7 afgebeelde type. De te koelen olie stroomt door elementen in de vorm van radiatoren. Het koelwater stroomt hier omheen en tussendoor, waardoor een grote warmte-afgifte van de olie ontstaat.
 Figuur D4.7 |
Hydrodynamisch aandrijfstysteemDH
| |||||||||||||||||||||||||||||||
 |
| Sector | : Technische Opleidingen |
| Samensteller | : T. Vriend (in samenwerking met S.B.C.) |
| Goedgekeurd door | : K. Barelds |
| Februari 1983 | |
| Oplage | : 100 |
| 1e druk | |
| Code | : L 3950 |
Deze uitgave bevat een beschrijving van het hydrodynamische aandrijfsysteem en de daarin voorkomende componenten van de DH-treinstellen.
Het gebruik van dit boek is alleen toegestaan voor cursusdoeleinden. Eventuele constructiewijzingen of wijzigingen in schema's zijn niet altijd bijgewerkt. Voor onderhoud, herstelling en storingzoeken aan het materieel dient u gebruik te maken van officiële Mw 3 tekeningen.
De afdeling Mw 3 W.M. en de wpl Zl wil ik bij deze bedanken voor hun bijdrage aan de totstandkoming van dit boek.
Voor op- of aanmerkingen houdt de samensteller zich aanbevolen.
Inhoud: |
Zoals de naam van de diesel-hydraulische (DH)-treinstellen al aanduidt, wordt in deze treinstellen niet alleen de hulpapparatuur hydraulisch aangedreven, maar wordt ook de aandrijving van het treinstel zelf door hydraulische krachtoverdracht verkregen. In les D2 is de aandrijving van de hulpapparatuur behandeld en hebben wij deze vorm van aandrijving hydrostatisch genoemd. Bij de aandrijving van het treinstel zelf spreken wij over een hydrodynamische vorm van aandrijving. Wat verstaan wij nu onder het begrip hydrostatisch en hydrodynamisch? Kort gezegd spreken wij over:
In de figuren D5.1 en D5.2 zien wij schematisch voorgesteld hoe bij de DH-treinstellen de krachtoverdracht tussen dieselmotor en wielas is gerealiseerd.
 Figuur D5.1 |
Figuur D5.1 geeft hierbij de situatie weer bij draaiende dieselmotor en stilstaande wielas.
Figuur D5.2 geeft hierbij de situatie weer bij draaiende dieselmotor en aangedreven wielas.
Duidelijk zal zijn, dat als de koppeling geheel gevuld is met olie, de krachtoverdracht van het op de uitgaande as van de dieselmotor gemonteerde pompwiel A, door middel van deze olie wordt overgebracht op turbinewiel B. Turbinewiel B is vastgemonteerd op de uitgaande as van de koppeling en zal direct via een tandwielstelsel de wielen aandrijven.
 Figuur D5.2 |
Omdat alle tandwieloverbrengingen zich steeds in een vaste aangrijping bevinden en de zuiver hydraulische werking van de koppeling kan de krachtoverdracht traploos plaatsvinden. Mechanische aan slijtage onderhevige schakelelementen zijn hierbij overbodig, hetgeen bijdraagt tot een hoge mate van bedrijfszekerheid bij weinig onderhoud.
Voor de tractie-aandrijving bij de DH-treinstellen wordt als vloeistofkoppeling de Voith Turbo Transmissie (VTT-type T211r) toegepast (zie figuur D5.3).
 Figuur D5.3 |
De Voith Turbo Transmissie T211r is een volautomatisch werkende hydraulische overbrenging, die speciaal voor de krachtoverdracht tussen dieselmotor en drijfassen bij railvoertuigen ontwikkeld werd. De meest belangrijke delen zijn een hydrodynamische koppelomvormer volgens het principe van professor Föttinger en een hydrodynamische vloeistofkoppeling. De krachtoverdracht in de koppelomvormer en in de vloeistofkoppeling geschiedt door middel van een vloeistof (minerale olie).
De hydrodynamische koppelomvormer bestaat uit een pompwiel, een turbinewiel en een vaststaand leischoepenrad (zie figuur D5.4). In het vermogen opnemende gedeelte, het pompwiel P, wordt de door de dieselmotor afgegeven mechanische energie omgezet in stromingsenergie. In het hieropvolgende turbinewiel T wordt door vertraging en ombuiging van de vloeistofstroom S weer mechanische energie teruggewonnen. Het hierdoor in het turbinewiel ontwikkelde draaimoment is afhankelijk van de stroomsnelheid en van de mate van ombuiging van de vloeistofstroom.
De ombuiging en daarmee het turbinemoment is bij vastgehouden turbinewiel het grootst en daalt met het toenemende toerental van het turbinewiel.
 Figuur D5.4 Koppelomvormer |
Het derde hoofdbestanddeel van de koppelomvormer is het leischoepenrad R. Het heeft als taak de aanvoerrichting naar het pompwiel onafhankelijk van de uitstroomrichting uit het turbinewiel constant te houden. Hierdoor wordt de vermogensopname van het pompwiel niet beïnvloed door het toerental van het turbinewiel op dat moment. Het leischoepenrad neemt op deze maniert het verschilmoment op tussen pompwiel en turbinewiel (een en ander wordt nader behandelt in les D7, hoofdstuk 1).
De hydrodynamische koppeling (zie figuur D5.5) bestaat slechts uit een pompwiel A, dat wordt aangedreven door de dieselmotor, en een turbinewiel B, dat gekoppeld is aan de aan te drijven as. Bij gevulde koppeling en eenparig aandrijftoerental, zullen het door pompwiel A opgenomen en het op het turbinewiel B afgegeven koppel steeds even groot zijn. Alleen bij vertraging of versnelling van een der wielen A of B zal tijdelijk enige mate van slip optreden. Ten opzichte van de koppelomvormer bezet de koppeling een hoog rendement, wat gesteld mag worden op 98 à 99 %.
 Figuur D5.5 Vloeistofkoppeling |
De koppelomvormer en de vloeistofkoppeling nemen ieder steeds een gedeelte van het totale snelheidsbereik voor hun rekening. Afhankelijk van de gekozen rijstand en de rijsnelheid wordt automatisch die stand ingeschakeld, die het gunstigst de krachtoverbrenging kan realiseren. De betreffende omvormer/koppeling wordt in- en uitgeschakeld door het met vloeistof vullen, respectievelijk ledigen van de circuits. Bij het overschakelen zijn tijdelijk zowel omvormer als koppeling werkzaam, waardoor de krachtoverdracht ononderbroken kan plaatsvinden.
De gehele transmissie is ondergebracht in één huis en vormt daardoor een compact geheel (zie figuur D5.3). De ingaande as 10 en uitgaande as 20 zijn door middel van cardanassen aan respectievelijk de dieselmotor en de wielasaandrijving gekoppeld.
 Figuur D5.6 Principe mechanische overbrenging VTT |
De transmissie bestaat uit de volgende hoofdgroepen:
Uitgaande van een draaiende dieselmotor, zal de ingaande as 10 aangedreven worden. Het op deze as bevestigde tandwiel 101 zal dan via de tandrondsels 515 en 516 respectievelijk vulpomp 51 en stuurpomp 52 aandrijven. Door ingrijping van tandwiel 101 in tandrondsel 102, gaan ook de holle as 103 en de daarop bevestigde primaire delen 111 en 151 van respectievelijk de omvormer en de vloeistofkoppeling draaien. Als de koppelomvormer 11 met olie gevuld is, zal vanaf het primaire pompwiel 111, via de olie, het secundaire deel, turbinewiel 112, van de koppelomvormer worden aangedreven. Tengevolge hiervan zal ook as 23 met daaraan gekoppeld het secundaire wiel 152 van de vloeistofkoppeling gaan draaien. Een op de rechterzijde van de as 23 gemonteerde bus met inwendige vertanding drijft verder de daarin aangrijpende schkelas 1 met het hierop gemonteerde tandrondsel 310 aan. In rijrichting "A" zal tandrondsel 310, via tandwiel 232, tandwiel 201 en daarmee de uitgaande as 20 aandrijven. Gekoppeld aan as 20 zal ook de secundaire smeeroliepomp 54 gaan draaien. Door verplaatsing, door middel van schakelmechanisme 30, van schakelas 1 naar links, zal in rijrichting "B", tandrondsel 310 nu via de tandwielen 231, 221, as 22, 222, 223, 232 en 201, maar nu in tegengestelde draairichting, de uitgaande as 20 aandrijven. Het mechanische deel van de schakelregulateur 62 wordt aangedreven door het tandwiel 222 op tussenas 22. Een in het systeem opgenomen verstelinrichting heeft als functie een tijdens het omschakelen van rijrichting onverhoopt verkregen tand-voor-tand-situatie op te heffen.
Onderstaande tabel (zie figuur D5.7) geeft een overzicht van de tandingrijpingen voor de vernoemde rijrichtingen "A" en "B".
|
Vernoemd zij nogmaals, dat de vertandingen steeds vast in aangrijping zijn. Er kan alleen, door verplaatsing van schakelas 1, van rijrichting veranderd worden als het secundaire deel niet aangedreven wordt en het treinstel stil staat. Een en ander wordt bewaakt door de functie van de hiervoor in het systeem opgenomen tastklep 38.
Het circuit en ook de daaropvolgende principewerking van het systeem, zal worden behandeld aan de hand van het functieschema (zie figuur D5.8 en figuur D5.9). Het schema is getekend in de leegloopstand, hetgeen wil zeggen, dat in deze situatie uitgegaan is van een draaiende dieselmotor zonder krachtoverdracht op de secundaire delen van de transmissie.
 Figuur D5.8 Hydraulisch circuit |
In deze leegloopstand worden de vulpomp 51 en de stuurpomp 52 mechanisch aangedreven. De vulpomp zuigt via het zuigfilter 561 olie uit het reservoir aan en stuwt de olie via de koeler 57 en het persfilter 562 naar de nu gesloten poort van de hoofdstuurschuif 60 en naar de zuigzijde van de stuurpomp. De druk in dit deel van het circuit wordt bewaakt door de overstortklep 513. Deze klep staat afgesteld op 5 bar en voert de overtollige olie terug naar de zuigzijde van de vulpomp. De stuurpomp krijgt de door de vulpomp geleverde olie onder druk en door koeler 57 gekoeld aangevoerd en pompt deze door naar de gesloten poort van de schakelregulateur 62. De druk in dit deel van het circuit wordt bewaakt door overstortklep 523, die staat afgesteld op 6 bar. De door deze klep overgestorte hoeveelheid olie wordt gebruikt om het systeem te smeren. Tenslotte de secundair aangedfreven smeerpomp 54. Deze pomp heeft twee draai- en stromingsrichtingen. Bij normaal bedrijf zal de pomp de smering in het systeem ondersteunen, en in geval van slepen met uitgeschakelde installatie, de smering van het systeem geheel verzorgen.
 Figuur D5.9 Principe werking van het totaalsysteem |
De Voith Turbo Transmissie heeft in zijn werking drie navolgende schakelstanden:
In deze getekende stand van de hoofdstuurschuif 60 is de toevoerleiding 574 voor het vullen van de koppelomvormer 11 en vloeistofkoppeling 15 gesloten. Omdat beide krachtoverdragende elementen wel in verbinding staan met het reservoir, zullen zij niet met olie gevuld zijn en zal dientengevolge ook geen krachtoverdracht plaatsvinden.
De schakeling wordt verkregen door een pneumatisch commando via leiding 603 op de hoofdstuurschuif 60. De hoofdstuurschuif zal hierdoor één positie naar links verschuiven. Door de vulpomp 51 geleverde olie kan nu via de schuif en leiding 114 doorstromen naar de koppelomvormer 11 en deze geheel vullen. Vloeistofkoppeling 15 wordt in deze stand niet gevuld. Op al eerder in deze les beschreven wijze zal nu het treinstel gaan rijden. Omdat het rendement van de krachtoverdracht in de koppelvormer sterk afneemt bij toenemende rijsnelheid, moet bij circa 70 % van het snelheidsbereik overgeschakeld worden op de bij die snelheid veel rendabelere vloeistofkoppeling 15.
De schakeling komt tot stand bij het bereiken van een bepaalde rijsnelheid en is afhankelijk van de gekozen rijstand. De secundair aangedreven schakelregulateur 62 zal bij het bereiken van de bepaalde snelheid het mogelijk maken, dat de door stuurpomp 52 geleverde olie kan doorstromen via het snelschakelventiel 66, naar de hoofdstuurschuif 60, waardoor deze zijn eindstand zal innemen. Wanneer dit is geschiedt, wordt de toevoer 114 naar de koppelomvormer gesloten en de terugvoer 115 geopend. Hierdoor zal de koppelomvormer leegstromen, terwijl gelijktijdig via de toevoer 574 de vloeistofkoppeling 15 geheel gevuld zal worden en zodoende voor een gunstige krachtoverbrenging kan zorgdragen. Bovendien wordt de krachtenloop tijdens het omschakelen niet onderbroken, omdat het vullen en ledigen van de circuits elkaar overlappen.
Omdat de koppelomvormer en de vloeistofkoppeling tijdens het rijden ieder een gedeelte van het totale snelheidsbereik voor hun rekening nemen, moet automatisch die stand worden ingenomen, waarbij de krachtoverdracht zo gunstig mogelijk is. Het automatisch overschakelen wordt geregeld door de schakelregulateur 62. Deze regulateur wordt aangedreven door de secundaire as van de VTT en zal overchakelen van stand 1 naar stand 2, afhankelijk van de rijsnelheid en de gekozen rijstand. Wanneer de rijsnelheid toeneemt, zal ook de axiale kracht, die veroorzaakt wordt door de vlieggewichten 621 op de stuurplunjer 622 van de regulateur toenemen. Afhankelijk van de gekozen rijstand wordt via leiding 654 met behulp van perslucht het veernest 625 meer of minder voorgespannen. De voorspanning van het veernest bepaalt het moment van overschakeling. Als nu de axiale kracht groter wordt dan de spankracht in het veernest, zal de stuurplunjer in de regulateur naar rechts schuiven. De stuurolie zal dan via de leidingen 606, 626, smoring 662 en leiding 627 naar de hoofdstuurschuif 60 stromen, zodat deze naar de eindstand (stand 2) wordt gestuurd. De olie zal ook via lek over de schuif achter de schuif van de snelschakelklep 66 stromen. De plunjer van de snelschakelklep zal hierdoor naar rechts schuiven, waardoor een ongesmoorde verbinding tussen de leidingen 626 en 627 tot stand komt. Hierdoor is het mogelijk om tijdens het rijden, vanuit leegloop, zonder vertraging te schakelen naar die stand, die op dat moment, de meest gunstige krachtoverdracht geeft.
Na de globale beschrijving van de werking van de VTT in les D5 bekijken wij nu de werking van deze transmissie uitgebreid in de diverse schakeltoestanden.
Alvorens aan de hand van figuur D6.1 de ontkoppelde toestand (de leegloopstand) van de transmissie te bespreken, zijn een aantal voorwaarden om de dieselmotor te kunnen starten van belang.
Deze voorwaarden zijn:
Indien onder deze voorwaarden de dieselmotor wordt gestart, wordt een houdcircuit verkregen, als de koelwateromloop en de oliedruk aanwezig zijn.
Door het lopen van de motor veranderen in de transmissie tijdens leegloopstand automatisch een aantal omstandigheden (zie hiervoor "leegloopstand").
De draaiende dieselmotor drijft de ingaande as 10 aan en via een tandwieloverbrenging tevens de beide hydraulische tandwielpompjes 51 en 52. Hiervan is 51 de vulpomp en 52 de stuuroliepomp.
Veiligheidsklep 513 begrenst de druk van pomp 51 op een waarde van 4,5 à 5 bar. Na het passeren van koeler 57 en filter 562 bereikt de olie aftakking 574 naar hoofdschuif 60. De toevoerpoort van deze hoofdschuif, die drie verschillende standen kent, is in deze leegloopstand met de retour verbonden. Stuuroliepomp 52 zuigt olie aan uit de persleiding van pomp 51.
Deze stuuroliepomp moet onder andere stuurolie verstrekken aan schakelregulateur 62. Deze regulateur is in dit stadium echter niet in werking, omdat deze aan het secundaire thans niet draaiende deel van de transmissie gekoppeld is. De toevoerpoort hierin is dan gesloten. Het gevolg is, dat pomp 52 zijn opbrengst alleen kwijt kan aan het smeersysteem 58. De drukopbouw in overstortklop 523, die 6 bar bedraagt, zorgt automatisch tegen de veerkracht in, dat de verbinding naar het smeersysteewm tot stand komt.
De ingaande as 10 drijft, via een tandwieloverbrenging, ook het pompwiel 111 van koppelomvormer 11 en het primaire deel 151 van vloeistofkoppeling 15 aan. Omdat deze beide niet met olie gevuld zijn, wordt het secundaire deel van de transmissie thans niet aangedreven.
Pomp 54, die dient voor het smeren, werkt in de leegloopstand ook niet. ZOdra echter deze secundaire tandwielen aangedreven worden, werkt ook de vereiste smering, ongeacht de rijrichting. Dit geldt vooral, wanneer het treinstel met stilstaande motor wordt gesleept.
(Dit betekent het kunnen verstrekken van luchtdruk aan leiding 603 via de schakelaar VTT IN/UIT.)
| N.B.: | Nadat aan deze voorwaarden is voldaan, onstaat een elektrische vergrendeling, waardoor een hogere toereninstelling mogelijk is. |
In de leegloopstand zijn koppelomvormer 11 en vloeistofkoppeling 15 niet gevuld met olie. Dit is een gevolg van de hoogste stand van hoofdschuif 60, waarbij de kanalen 114, 115 en 154 met de retourzijde van het oliecircuit zijn verbonden.
Het rijden in stand I komt tot stand door het vullen van de koppelomvormer. Hiervoor moet de rij-controller in de stand I of hoger worden geplaatst. Er treedt nu persluchtstuurdruk op in leiding 603. Stuurzuiger 602 maakt nu de volledige slag tegen zijn veerkracht in. Hoofdschuif 601 maakt hierdoor slechts de helft van zijn totale slag oftewel hij komt in stand I.
In stand I maakt/verbreekt de hoofdschuif de navolgende verbindingen:
| N.B.: | Merk hierbij op, dat ook de steel van stuurzuiger 602 inmiddels een verbinding heeft veroorzaakt tussen leiding 627 en de bovenzijde van de hoofdschuif. |
De aan de koppelomvormer toegevoerde olie wordt door het aangedreven pompwiel 111 in stroming gebracht. Hierdoor ontstaat in deze olie stromingsenergie (hydrodynamische energie). In het, op dat moment nog stilstaande, turbinewiel 112 wordt deze gedeeltelijk omgezet in botsingsenergie tegen de schoepen. Hierdoor ontstaat een grote aandrijfkracht op het secundaire deel van de transmissie.
Onder invloed van deze kracht en het bijbehorende koppel wordt uitgaande as 20 aangedreven en gaat het treinstel rijden. De koppelomvormer is de meest ideale koppeling tijdens het in-beweging-brengen en versnellen van het treinstel. Hiervoor zijn namelijk grote krachten vereist en deze komen tot stand bij de grootste verschillen in omwentelingssnelheid tussen het pompwiel en het turbinewiel.
De koppelomvormer heeft echte ook een nadeel. De aan het turbinewiel toegevoerde energie wordt hierin slechts voor een deel omgezet in arbeid. De uit het turbinewiel stromende olie bevat dus nog onbenutte energie. In de gesloten kringloop komt deze olie vervolgens in leischoepenrad 113, die ervoor zorgt, dat de olie weer wordt teruggevoerd naar het pompwiel. Omdat de ingang van het pompwiel niet mag worden beïnvloed door de uitgang van het turbinewiel, neemt het vast opgestelde leischoepenrad de onbenutte energie op. Deze energie wordt in warmte omgezet en beïnvloedt het rendement van de koppelomvormer ongunstig (zie les D5). Een bewuste lekkage van 1,7 l/s via de labyrintafdichting zorgt via doorstroming voor de noodzakelijke koeling.
Bij toenemende rijsnelheid neemt vloeistofkoppeling 15, die een zeer hoog rendement heeft, de koppeling tussen de ingaande en uitgaande as automatisch van de koppelomvormer over. Wij komen dan in stand II.
Bij het bereiken van circa 70 % van het snelheidsbereik in de gekozen rijstand treedt automatisch schakelregulateur 62 in werking. Deze bevat een hydraulische stuurschuif, die tot op dat moment de toevoerleiding 606 gesloten houdt en de stuurleiding 626 met de retourzijde van het circuit verbindt. Deze linkerpositie van de stuurschuif is aanwezig zolang de kracht van het veernest 65 groter is dan door de regulateur uitgeoefende axiale kracht. Bij de genoemde 70 % van het snelheidsbereik gaat echter de invloed van de regulateur, die aan de secundaire kant van de transmissie gekoppeld is, overheersen. De stuurschuif verplaatst hierdoor naar rechts. Vanaf toevoer 606 ontstaat stroming onder druk in de stuurleidingen 626 en 627. Hiertussen bevindt zich echter restrictie 662. Het passeren hiervan veroorzaakt lage stromingssnelheid, waardor de olietoevoer langs de steel van stuurzuiger 602 naar de bovenzijde van hoofdschuif 601 traag plaatsvindt. De hoofdschuif schakelt dus langzaam omlaag naar stand II. Nu komt geleidelijk olietoevoer van leiding 574 naar leiding 154 tot stand voor de vloeistofkoppeling. Tevens ontstaat geleidelijk olie-afvoer van de koppelomvormer via de leidingen 114 en 115.
Gelijktijdig zal door de drukopbouw in de leiding 626 ook via "lek" over de schuif, drukopbouw plaatsvinden "achter" de schuif 661 van snelschakelklep 66. Bij het bereiken van een druk van 3,8 bar zal de schuif zich tegen de veerdruk in naar rechts gaan bewegen en bij een druk van 5,6 bar zijn eindpositie bereiken. Hierdoor kan de olie nu, om de restrictie 662 heen via leiding 664, naar de hoofdstuurschuif 601 stromen. Deze zal hierdoor zeker zijn eindstand bereiken en blijven behouden, ook als lekkage langs de hoofdschuif mocht optreden.
Door deze geleidelijke schakeling en door het feit, dat het vullen van de koppeling reeds begint als de koppelomvormer nog moet leegstromen, overlappen de werkingen van de beide koppelingtypen elkaar. Hierdoor wordt de aandrijving tijdens het overschakelen niet onderbroken.
De koppeling van de transmissie via de vloeistofkoppeling is nu een feit. Deze heeft een rendement van circa 98 %, zodat het rijden bij hogere snelheden na de periode van optrekken aanzienlijk economischer plaatsvindt.
In de voortdurend in de koppeling rondstromende olie treedt echter warmte-ontwikkeling op. De temperatuur wordt echter binnen de perken gehouden door voortdurende verversing van de olie. Hiertoe dienen twee afgestelde doorstroomopeningen 153, waarlangs 2+0,2 l/s uit de koppeling terugstroomt naar het reservoir. Leiding 574 vult deze hoeveelheid voortdurend aan. Deze doorstroming zorgt voor de noodzakelijke koeling.
Het juiste moment van overschakelen van stand I naar stand II wordt niet alleen bepaald door de rijsnelheid, maar ook door de gekozen rijstand.
Bij deellast zal bij een lagere rijsnelheid overgeschakeld kunnen worden dan bij vollast.
Met andere woorden de invloed van de regulateur moet bij deellast en relatief lage veerkracht van veernest 65 overwinnen. Dit wordt bereikt doordat de druk van de dan aanwezige stuurlucht op leiding 654 laag is. Het veernest 65 is slechts weinig voorgespannen en de regulateur krijgt hierop bij relatief lage rijsnelheid de overhand.
Bij vollast zorgt de primair beïnvloeder ervoor, dat de stuurluchtdruk op leiding 654 hoog is. Plunjer 655 is dan geheel naar rechts verplaatst. Bij deze maximale voorspanning van het veernest moet de regulateur eerst meer kracht uitoefenen (hogere rijsnelheid) om de veerkracht te overwinnen en het overschakelen van stand I naar stand II te veroorzaken.
De drukopbouw achter het veernest is dus afhankelijk van de gekozen rijstand en kan variëren van 0 - 5,5 bar. Deze variërende druk komt tot stand door middel van de as van de verstelmotor.
Wanneer bij relatief hoge rijsnelheid het treinstel vertraagt, bijvoorbeeld bij het nemen van een helling, zal bij het bereiken van het schakelpunt van de regulatuer deze ook automatisch de VTT terugschakelen van stand II naar stand I.
Er is een groter aandrijfkoppel nodig, dus neemt de koppelomvormer het weer van de vloeistofkoppeling over.
Dit gaat als volgt in zijn werk. Wanneer de invloed van de regulateurkogels zwakker wordt dan de invloed van het veernest, schakelt stuurschuif 622 terug naar links. Door de vorm van de kogelleibaan zal dit plaatsvinden bij een iets lagere snelheid dan bij het schakelen van stand I naar stand II. De toevoerleiding 606 zal gesloten worden en de leiding 626 met de retour verbonden worden. Omdat de schuif 661 nog naar rechts geschakeld staat, kan de olie boven de hoofdstuurschuif 601 snel ontwijken via de leidingen 627, 664 en 626, omdat de restrictie 662 kan worden omzeild. Bij het hierop volgende terugschakelen van de hoofdstuuurschuif wordt de vloeistofkoppeling via de boringen 153 geleegd en de koppelomvormer via kanaal 114 weer gevuld.
Door de invloed van de snelschakelklep 66, die bij het schakelen van stand I naar stand II tijdelijk gesloten is en bij het terugschakelen van stand II naar stand I open staat, verloopt het terugschakelen sneller dan het opschakelen. De schuif 661 van de snelschakelklep zal zich vertraagd weer naar links bewegen, omdat de achter de schuif opgesloten olie alleen via lek over de schuif naar de retour kan stromen. Bij een drukdaling tot 3,8 bar zal de schuif weer zijn eindpositie hebben bereikt en de klep gesloten zijn.
Wanneer de regulateur rondom zijn actiepunt op kleine snel wisselende rijsnelheden zou reageren, zou het gevaar van voortdurend pendelen tussen stand I en stand II optreden.
Immers, bij kleine stijging van de rijsnelheid zou worden overgeschakeld op de vloeistofkoppeling en bij een daaropvolgede kleine daling weer op de koppelomvormer (en omgekeerd). Dit pendelen wordt voorkomen doordat in de regulateur een verschil bestaat tussen het moment van opschakelen en het moment van terugschakelen.
Dit is een gevolg van de hysterese, veroorzaakt door de wrijvingsweerstand van de kogels 621 over hun leibaan. Deze hysterese leidt ertoe, dat het opschakelen plaatsvindt bij circa 70 % van het toerental van het primaire deel en het terugschakelen bij circa 60 %.
In het hiertussen liggende gebied van circa 10 % blijft bij optredende snelheidswisselingen de bestaande koppelsituatie in stand. Pas bij definitieve snelheidsverhoging zordt de regulateur voor overgang op de vloeistofkoopeling en bij definitieve snelheidsverlaging voor overgang op de koppelomvormer.
Wanneer tijdens het rijden, ongeacht of dit is in stand I of in stand II, de rij-controller in de leegloopstand wordt geplaatst, vindt automatisch ontkoppeling plaats van de ingaande en uitgaande as van de VTT. Dit gaat als volgt in zijn werk (zie als uitgangspunt figuur D6.3, als meest interessante).
Door terugschakeling naar de leegloopstand valt de stuurluchtdruk in leiding 603 weg. De terugbrengveer brengt stuurzuiger 602 naar zijn hoogste stand. De steel van deze zuiger sluit dan leiding 627 af en verbindt de bovenzijde van hoofdschuif 601 via de veerkamer onder stuurzuiger 602 met de retour. Hierdoor wordt ook de hoofdschuif door zijn terugbrengveer naar de hoogste stand gebracht. Deze schuifbeweging gebeurt gedempt, omdat tijdens olie-afvoer ook een geringere olietoevoer naar de bovenzijde van de schuif plaatsvindt vanaf leiding 574 via restrictie 605. Op deze wijze wordt de leegloopstand van de hoofdschuif weer bereikt en stroomt hierlangs de vloeistofkoppeling (vanuit stand II) respectievelijk de koppelomvormer (vanuit stand I) leeg.
Als tijdens het rijden weer wordt opgeschakeld, vindt automatisch de juiste keuze tussen rijstand I en rijstand II plaats. Dit is immers een gevolg van de voorkeuze, die reeds door de regulateur is gemaakt en die klopt met de rijsnelheid, waarbij weer opgeschakeld wordt.
Deze invloed is in rijstand I volkomen verschillend van die in rijstand II.
In stand I fungeert de koppelomvormer als koppeling tussen de primaire en secundaire as van de VTT. Door het hierin aanwezige leischoepenrad wordt de reactie van het turbinewiel geneutraliseerd. Het turbinewiel kan hierdoor geen remmende invloed uitoefenen op het pompwiel, met andere woorden het toerental van de dieselmotor kan niet door de belasting worden teruggedrukt.
Dit is anders in stand II, waarbij de vloeistofkoppeling primaire en secundaire zijde met elkaar verbindt. De beide koppelingshelften hierin hebben over en weer gelijke invloed op elkaar. De primaire helft 151 neemt bij toenemende snelheid de secundaire helft 152 mee met de olie als flexibel element, maar vrijwel zonder slip. Evenzeer zal afnemende snelheid van de secundaire helft 152 (toenemende rijweerstand) de primaire helft 151 willen vertragen. Alleen een opgevoerd vermogen aan de aandrijfzijde kan dit verschijnsel onderdrukken. Bij de DH-treinen zorgt de hierin toegepaste aandrijfmotor voor deze correcte reactie. Deze heeft namelijk de eigenschap om bij het secundair tegendrukken van het toerental de brandstofinspuiting te vergroten en zo het vermogen op te voeren. (Zie voor nadere details de desbetreffende dieselmotor-les.)
VOITH Turbo-transmissie T 211r Fig D6-1 |
VOITH Turbo-transmissie T 211r Fig D6-2 |
VOITH Turbo-transmissie T 211r Fig D6-3 |
In deze les zullen functie, werking en opbouw worden behandeld van:
Zoals uit de lessen D5 en D6 al wel duidelijk zal zijn geworden, bestaat de Voith Turbo Transmissie voor de krachtoverdracht in het totale snelheidsbereik uit twee, aparte krachtoverdragende elementen, die ieder een deel van het totale snelheidsbereik voor hun rekening nemen. Deze elementen zijn:
In de lessen D5 en D6 is ook gesteld, dat de vloeistofkoppeling een aanmerkelijk hoger rendement geeft dan de koppelomvormer. Onwillekeurig zal dan ook de vraag rijzen, waarom dan gebruik gemaakt wordt van de onrendabele omvormer en waarom de vloeistofkoppeling niet benut wordt als krachtoverdragend element in het totale snelheidsbereik.
Wel, begrijpelijk zal zijn dat voor het in-beweging-brengen en versnellen van het treinstel een groot aanzetkoppel nodig is. Zouden wij de karakteristiek van de vloeistofkoppeling bekijken, dan zou blijken, dat dit grote koppel niet geleverd kan worden. Hierdoor is de koppeling niet in staat om het treinstel in beweging te brengen en in een laag snelheidsgebied voldoende acceleratie te verzorgen. Wel is het mogelijk om bij een al vrij snel draaiend secundair koppelingdeel, de krachtoverdracht van de omvormer over te nemen en met een hoog rendement de versnelling in het hogere snelheidsgebied te realiseren.
De koppelomvormer daarentegen geeft een groot aanzetkoppel en kan daardoor het treinstel in beweging brengen en versnellen. Omgekeerd evenredig aan de versnelling zal echter het rendement van de krachtoverbrenging afnemen.
Wij kunnen ter verduidelijking de krachtoverdracht vergelijken met een mechanische transmissie, een versnellingsbak van een auto. Om de auto in beweging te brengen met een groot acceleratievermogen kiest u de eerste versnelling, dat wil zeggen een tandwieloverbrenging van klein op groot, hetgeen een groot koppel geeft. Bij toenemende snelheid zullen de versnelling en het rendement in de gekozen overbrenging afnemen. U schakelt dan door naar een grotere tandwielverhouding met een kleiner koppel, maar met een hoger rendement en snelheidsbereik.
Uiteindelijk in zijn vierde versnelling is bij een tandwielverhouding van 1 : 1 het koppel klein met een hoog rendement in het hogere snelheidsbereik.
Proefondervindelijk zult u ervaren, dat wegrijden en versnellen in de vierde versnelling, dus met klein aanzetkoppel, ten ene male onmogelijk is.
Het verschil ten aanzien van de mechanische transmissie is, dat bij de hydrodynamische transmissie traploos en vol-automatisch zonder onderbreking in de krachtoverdracht wordt overgeschakeld van omvormer op koppeling.
Bij schakelen vanuit de leegloopstand wordt pneumatisch de hoofdstuurschuif van de transmissie verplaatst, waardoor de door de vulpomp geleverde olie naar de omvormer kan stromen, terwijl gelijktijdig de terugvoerleiding van de omvormer naar het reservoir wordt afgesloten. De omvormer zal hierdoor geheel gevuld worden met de in het systeem heersende druk van circa 5 bar.
 Figuur D7.1 De koppelomvormer |
Het op de uitgaande as van de draaiende dieselmotor gemonteerde pompwiel P (zie figuur D7.1) zal de aanwezige olie gaan verplaatsen, waardoor de door de dieselmotor geleverde mechanische energie wordt omgezet in stromingsenergie. De in de stroming opgenomen energie is hierbij afhankelijk van de kracht en de snelheid, waarmee de olie het pompwiel verlaat. Deze zogenaamde "uittredesnelheid" uit het pompwiel wordt weer bepaald door het "draaimoment" en "toerental" van de dieselmotor/pompwiel. Het op de uitgaande as gemonteerde turbinewiel T is zodanig in de stroming van de olie geplaatst, dat bij stilstand van het wiel, de stroming loodrecht op de schoepen gericht is. Begrijpelijk zal zijn, dat in deze situatie, de oliestroom volledig wordt omgebogen en daarmee alle energie afgeeft aan het turbinewiel. Afhankelijk van de oppervlakte en vorm van de schoep en de diameter van het turbinewiel zal nu ook een "groot" draaimoment ontstaan, waardoor de uitgaande as, en daarmede de wielas, wordt aangedreven en gaat draaien. Bij toenemende draaisnelheid zal de hoek, waaronder de oliestroom de schoepen van het turbinewiel raakt, steeds kleiner worden. Hiermee zal ook de krachtoverdracht op het turbinewiel, en daardoor ook het draaimoment van het turbinewiel afnemen.
Omdat het niet gewenst is, dat de nu niet volledig omgebogen oliestroom uit het turbinewiel het pompwiel negatief gaat beïnvloeden, is vervolgens in de stroming het zogenaamde leischoepenrad opgenomen. Dit vast in het huis van de omvormer gemonteerde, stilstaande schoepenrad maakt het pompwiel onafhankelijk van de uitstroomrichting van het turbinewiel en neemt daarmee het verschil in het door het pompwiel geleverde en door het turbinewiel opgenomen draaimoment op.
Bij toenemende draaisnelheid van het turbinewiel zal ook het door het leischoepenrad op te nemen verschilmoment groter worden. Omdat deze "energie" in warmte wordt omgezet en in de olie wordt opgenomen, zal de olie snel in temperatuur stijgen. Het is daarom niet aan te bevelen lang in deze situatie op de omvormer te rijden.
In figuur D7.1a is in een grafiek de karakteristiek van de omvormer weergegeven. Op de horizontale as van de grafiek is de draaisnelheid van het turbinewiel uitgezet en op de verticale as het draaimoment en het rendement van de krachtoverbrenging. De lijnen 1, 2 en 3 stellen hierbij de mate van ombuiging van de vloeistofstroom voor, de kromme B-E het draaimoment van het pompwiel, C-F het draaimoment van het turbinewiel en A-D-F het rendement van de overdachtarbeid, die het turbinewiel levert.
De kromme A-D-F is hierbij de meest interssante factor. Het is opvallend, dat dit verloopt van 0 in punt A via een maximum in punt D opnieuw naar 0 in punt F. Dit is als volgt te verklaren.
In de grafiek is het arbeidsvermogen van het pompwiel vrijwel constant. Dit is immers het draaimoment B-E vermenigvuldigd met het toerental van het pompwiel.
Niet al dit arbeidsvermogen wordt in de diverse situaties werkelijk in turbinewielarbeid omgezet.
 Figuur D7.1a Grafiek van de koppelomvormer |
In situatie 1 staat het turbinewiel stil. De botsingsenergie van de vloeistofdeeltjes op de turbineschoepen is maximaal (draaimoment C), maar de afgelegde weg is 0. Er is dus geen turbinewielarbeid en het rendement is 0.
In situatie 3 heeft het turbinewiel dezelfde snelheid als het pompwiel. De afgelegde weg is dus maximaal (punt F). De intredesnelheid van de vloeistof is nu echter gelijk aan de bewegingssnelheid van de turbineschoepen. Er is dus geen overdracht van botsingsenergie en het draaimoment is 0. Ook dan is er geen turbinewielarbeid en het rendement is 0.
Tussen deze beide uitsterste punten is er langs de lijn C-F telkens een bepaald draaimoment op het turbinewiel te zamen met een bepaalde turbinewielsnelheid langs de lijn A-F. Het produkt van deze beide levert de turbinewielarbeid op.
In situatie 2 is het produkt van het dan aanwezige draaimoment en de turbinewielsnelheid maximaal. Daarom is in die situatie ook het rendement maximaal (punt D) en werkt de koppelomvormer optimaal.
In principe is de werkwijze van de vloeistofkoppeling gelijk aan die tussen pompwiel en turbinewiel van de koppelomvormer. In de vloeistofkoppeling ontbreekt echter het leischoepenwiel, die er bij de koppelomvormer voor zorgt, dat het turbinewiel het pompwiel niet kan beïnvloeden. De beide helften van de vloeistofkoppeling hebben precies dezelfde invloed op elkaar en zijn daarom ook symmetrisch [sic] uitgevoerd (zie figuur D7.2).
 Figuur D7.2 De vloeistofkoppeling |
Zoals uit figuur D7.2 blijkt, bestaan de beide koppelingshelften uit ringvormige kommen met daarin een aantal radiaal opgestelde schotten.
Het pompwiel is op de primaire as gemonteerd en het huis, waarvan het turbinewiel deel uitmaakt, op de secundaire as. Beide helften zijn in geleegde toestand volledig vrij draaibaar van elkaar. Als bijvoorbeeld in stand I van de hoofdschuif in de VTT de koppeling via de koppelomvormer plaatsvindt, kan er tussen het pompwiel en turbinewiel van de koppeling elk willekeurig snelheidsverschil bestaan. Immers, als de dieselmotor loopt en ent treinstel op het punt staat te gaan rijden, draait het pompwiel en staat het turbinewiel stil. Wanneer echter de VTT overschakelt van stand I naar stand II heeft het turbinewiel circa 70 % van de snelheid van het pompwiel. Zoals bekend wordt op dat moment geleidelijk de koppelomvormer geleegd en tegelijkertijd de vloeistofkoppeling met olie gevuld. Men zou zich de functie van deze olie kunnen voorstellen als een oneindig soepele schroefveer, die in cirkelvormige wikkelingen tussen de schotten van het pompwiel en de schotten van het turbinewiel wordt gelegd.
Stel, dat de primaire as versnelt, omdat wij de rijsnelheid willen opvoeren. Dan versnelt ook de schroefveer en drukt in draairichting tegen de flanken van de schotten in het turbinewiel. Op deze wijze zou de veer het turbinewiel in de versnelling meenemen.
Dit zelfde effect wordt door de olie veroorzaakt, maar dan met een oneindige souplesse. De olie wordt namelijk door het pompwiel voortdurend naar buiten geslingerd en hierdoor bezitten de oliedeeltjes een bepaalde kinetische energie. Deze oliestroom wordt opgevangen tussen de schotten van het turbinewiel en hierdoor van buiten naar binnen weer teruggevoerd in het pompwiel. De oliestroom verloopt dus via cirkelbanen (schroefveer). Als nu de primaire as versnelt, komt er een faseverschuiving tot stand tussen de schotten van het pompwiel en de schotten van het turbinewiel. Het gevolg is, dat de oliedeeltjes botsen tegen de flanken van de turbinewielschotten en een draaimoment uitoefenen. Hierdoor trekt het pompwiel het turbinewiel in de versnelling mee. Voor het verkrijgen van een draaimoment op het turbinewiel is altijd een faseverschuiving, slip genoemd, tussen de beide koppelingshelften noodzakelijk. De bij deze koppelingen vereiste slip is circa 2 % oftewel het turbinewiel draait circa 2 % langzamer dan het pompwiel. Dit verklaart tevens het rendement van 98 %.
Zoals reeds is opgemerkt, hebben beide koppelingshelften gelijke invloed op elkaar. Dit kan tot gevolg hebben, dat toenemende rijweerstand een drukkende invloed uitoefent op het toerental van de dieselmotor. Immers, toenemende rijweerstand leidt allereerst tot vertraging van het turbinewiel (toenemende slip). De uit het turbinewiel naar het pompwiel stromende olie gebruikt zijn kinetische energie nu tegen de flanken van de pompwielschotten, maar tegen de draairichting in. (Denk ook weer aan het voorstellen van de oliestroom als een schroefveer.) Door dit tegenkoppel kan de secundaire as het motortoerental beïnvloeden. Welk verweer de toegepaste dieselmotor heeft, is reeds vermeld in les D6.
Van beide componenten zullen wij de werking, beschreven in les D6, hier verder uitdiepen (zie figuur D7.3a en het detailfunctieschemasymbool hiervan figuur D7.3b).
 a. Silhouet  b. Functiesymbool Figuur D7.3 Schakelregulateur met ingebouwde snelschakelklep |
Tijdens het rijden in stand I is de kracht van veer 625 groter dan de axiale kracht, die veroorzaakt wordt door regulateur 621/622.
Bij deellast is de druk van de stuurlucht in leiding 654 laag en heeft veer 625 kleine voorspanning. Bij vollast is deze stuurdruk hoog en heeft veer 625 grote voorspanning, omdat hierbij drukstuk 655 is verplaatst.
Dit verklaart waarom de door de regulateur uitgeoefende kracht om schuif 62 te schakelen bij vollast groter moet zijn dan bij deellast. Tot het moment van overschakelen van stand I naar stand II is in stuurschuif 62 voedingsleiding 606 gesloten en stuurleiding 626 met de retour verbonden. Zodra de axiaalkracht va de regulateur de kracht van veer 625 gaat overwinnen, begint stuurschuif 62 naar rechts te schakelen. Hierbij doorloopt de schuif een gesloten tussenstand.
Bij duidelijke rijsnelheidsverhoging schakelt schuif 62 geheel naar rechts en wordt stuurleiding 626 met de voeding verbonden. De stroming van de stuurolie, voor schakeling van de hoofdschuif van stand I naar stand II, vindt plaats van leiding 626 naar leiding 627 en tevens via restrictie 662.
De stuurolie bereikt nu dus traag de hoofdstuurschuif, waardoor het omschakelen van stand I naar stand II geleidelijk plaatsvindt (zie hiervoor ook de werking van de hoofdstuurschuif).
De werking van de in de regulateur ingebouwde snelschakelklep is reeds uitvoerig behandeld in les D6.
Ook van dit belangrijke element kunnen wij enkele reeds in les D6 voorkomende details nog nader verklaren.
In de getekende leegloopstand staan zowel stuurzuiger 602 als hoofdschuif 601 door hun terugbrengveren in de hoogste stand.
Voedingsleiding 574 en alle vul- tevens ledigleidingen van de koppelomvormer en de vloeistofkoppeling zijn met de retour verbonden. Het secundaire deel van de VTT is ontkoppeld.
Een door restrictie 604 beheerst optredend stuurluchtsignaal in leiding 603 schakelt stuurzuiger 602 in de andere stand. Er ontstaat verbinding langs de steel van de stuurzuiger tussen stuurleiding 627 en de bovenzijde van de hoofdschuif 601.
Dit heeft echter nog geen effect, omdat de regulateur nog geen stuursignaal verstrekt. Tevens plaatst stuurzuiger 602 de hoofdschuif 601 mechanisch halverwege zijn slag in stand I.
Vanaf voeding 574 ontstaat verbinding met leiding 114, terwijl leiding 115 sluit. Dit betekent het vullen van de koppelomvormer en het via deze tot stand brengen van de koppeling.
De verbinding van leiding 574 via smoring 605 met stuurleiding 627 (in stand I) betekent het positief gevuld houden van het stuurcircuit, maar geen drukopbouw hierin.
Figuur D7.4 Hoofdstuurschuif |
Bij overschakeling van stand I naar stand II beweegt alleen nog de hoofdschuif 601 omlaag. Dit is het gevolg van een stuursignaal van de regulateur via leiding 627.
De langzaam aan de bovenzijde van de hoofdschuif toegevoerde stuurolie draagt er zorg voor, dat de overgang van stand I naar stand II zeer geleidelijk tot stand komt.
Daardoor bestaat ook tijdelijk de doorschakelstand tussen I en II. Hierin worden de leidingen 114 en 115 reeds met de retour verbonden, zodat het ledigen van de koppelomvormer begint. Tegelijkertijd begint echter ook van leiding 574 naar leiding 154 het vullen van de vloeistofkoppeling.
Op deze wijze heeft de overname tussen de beide koppelingen een overlap, waardoor het secundaire deel van de VTT hierbij niet ontkoppeld wordt. In stand II tenslotte is de koppelomvormer geleegd en de vloeistofkoppeling gevuld. Vanwege het bewuste voortdurende lek in deze koppeling (warmte-afvoer) is in stand II steeds leiding 574 met leiding 154 verbonden, ten einde het genoemde lek aan te vullen.
Afgezien van enkele nuances verloopt het terugschakelen van de hoofdschuif tegengesteld aan het hiervoor beschrevene. Dit moet echter met behulp van figuur D7.4b eenvoudig te volgen zijn.
Wanneer de pneumatische besturing van de hoofdstuurschuif niet functioneert, kan men dit signaal met de hand nabootsen. Hiertoe dient een bout 607, die vóór het gebruik in de bevestigingsflens van de hoofdstuurschuif is gedraaid (zie figuur D7.4c).
 Figuur D7.4c Noodbedrijf hoofdstuurschuif |
Normaal is het draadgat boven in de hoofdstuurschuif naast de aansluiting van stuurleiding 603 afgesloten met een plug. Door verwijdering van deze plug en het vervolgens in plaats daarvan indraaien van bout 607 wordt stuurzuiger 602 neerwaarts tot zijn eindstand verplaatst. Het draadeind van de bout veroorzaakt op deze wijze stand I van de hoofdstuurschuif. Alle verdere functies van de hoofdstuurschuif zijn nu mogelijk, behalve het terugkeren in de leegloopstand. Deze leegloopstand kan uitsluitend weer bereikt worden door het met de hand uitdraaien van bout 607.
| N.B.: | De noodhandbediening mag uitsluitend worden uitgevoerd, als het treinstel beremd staat en de dieselmotor stationair draait. |
Zoals in les D5 is verklaard, vindt het wisselen van de rijrichting plaats door het verschuiven van een as met tandwielen (310), waardoor in het secundaire deel van de VTT andere tandwielingrijpingen tot stand komen. Voor dit verschuiven zorgt een dubbelwerkende luchtcilinder, de zogenaamde omkeerinrichting. Een van de voorwaarden alvorens de omkeerinrichting mag werken, is dat het treinstel stilstaat. Deze voorwaarde wordt gecontroleerd door de stilstandscontroleklep (zie de figuren D7.5a en D7.5b).
Figuur D7.5 Stilstandscontroleklep |
Als de tastvinger 385 van deze klep 38 in contact is met de draaiende tussenas 22, oefent deze as hierop een bedieningskracht uit. De voedingsleiding 381 met een persluchtdruk van minimaal 4,5 bar is dan gesloten. Leiding 382 is daarentegen ontlucht via poort 386. De voeding voor de magneetkleppen, die de omkeerinrichting bedienen, is afkomstig van leiding 382. Zolang deze leiding ontlucht is, het treinstel rijdt, kan men de omkeerinrichting dus niet bedienen. Zodra tussenas 22 stilstaat, het treinstel staat stil, oefent deze as geen bedieningskracht meer uit op de tastvinger.
De veerwerking in klep 38 veroorzaakt nu de getekende stand. Voeding 381 is doorverbonden met leiding 382 en dus beschikken nu de magneetkleppen voor het bedienen van de dubbelwerkende luchtcilinder over voeding. Thans, bij stilstand van het treinstel, kan dus de omkeerinrichting worden bediend.
Door bediening van de rijrichtingschakelaar worden de in het rijtuig ingebouwde magneetkleppen geschakeld. Dit zijn de kleppen, die voor hun voeding afhankelijk zijn van leiding 382 van de stilstandscontroleklep 38.
Wanneer de rijrichtingsschakelaar de magneetklep bedient, die perslucht verstrekt aan leiding 301, gaat zuiger 307 naar rechts en wordt schakelas 310 verbonden met koppeltandwiel 232. Dit veroorzaakt draairichting A. Wanneer de rijrichtingschakelaar de andere magneetklep bedient, wordt perslucht verstrekt aan leiding 302. Zuiger 307 gaat hierdoor naar links en schakelas 310 wordt hierdoor verbonden met koppeltandwiel 231. Dit veroorzaakt draairichting B.
Hoewel de onderlinge vertandingen een vorm hebben, die gemakkelijk in elkaar schuiven, is tijdens het verschuiven het optreden vban een tand voor tand-positie niet uitgesloten. Hierop komen wij terug bij de behandeling van de verstelinrichting.
 Figuur D7.6 De omkeerinrichting, pneumatisch |
De omkeerschakelinrichting bevat ook een dodepuntsvergrendeling 30. Deze zorgt ervoor, dat de schakelstand 308, wanneer deze eenmaal in beweging is, nooit in een tussenstand kan stagneren.
Als bijvoorbeeld zuiger 307 naar links beweegt en de luchtdruk in leiding 302 valt weg, blijven de zuiger en de schakelstang 308 niet in de bereikte positie staan. Als de eerste helft van de slag nog niet was afgelegd, keert de zuiger onder invloed van de dodepuntsvergrendeling naar zijn vertrekpunt terug. Als de zuiger op het moment van wegvallende luchtdruk de helft van de slag (het kantelpunt) is gepasseerd, wordt de beweging voltooid en ontstaat de beoogde koppeling met tandwiel 231 (of tand voor tand-positie).
Schakelstang 308 kan wel in de middenstand worden vergrendeld, maar dan bewust door het ingrijpen met de hand om vrijloop van de transmissie te verkrijgen. Hiertoe moet men vergrendelpal 304 inbrengen in de uitsparing van hefboom 311. De dodepuntsvergrendeling en schakelstand 308 worden hierdoor in de middenstand vastgehouden.
Vergrendelpal 304 bedient bij deze behandeling tevens schakelaar 306, waardoor in deze situatie het eventueel starten van de dieselmotor wordt verhinderd.
Het omschakelen van de rijrichting kan ook met de hand gebeuren, wanneer de pneumatische schakelinrichting niet functioneert. Deze ingreep mag echter uitsluitend plaatsvinden, wanneer vooraf aan de navolgende voorwaarden is voldaan:
De luchtafsluitkraan in het rijtuig "gesloten". Motor en transmissie moeten draaien op leegloop. Dit laatste betekent, dat, indien hoofdschuif 60 met de hand in stand I is geplaatst, allereest bout 607 weer vervangen moet worden door de organieke plug. Stuurzuiger 602 neemt dan door zijn terugbrengveer zijn beginpositie weer in.
Voor het omschakelen van de rijrichting dient de ringsleutel (zie figuur D7.7) in de gewenste richting te worden gedraaid. Indien de gewenste eindstand niet wordt bereikt, moet de draaibeweging enkele malen worden herhaald: (Als de pneumatiek weigert, zal ook de automatische verdraaier niet werken.) Evenals bij normaal bedrijf kan ook bij handbediening de transmissie inn zijn vrijloop worden geschakeld. Hiertoe moet vergrendelpal 405 worden uitgetrokken en 90° verdraaid. Het zeskant moet met de ringsleutel in de middenstand geplaatst worden, waarna wij de vergrendelpal loslaten.
 Figuur D7.7 De omkeerinrichting, handbediening |
De standen, waarin schakelstang 308 zich bevindt bij normaal en bij handbedrijf, zijn zichtbaar via de markering op het zeskant voor de ringsleutel en de markeringsstrepen eromheen.
Hoewel, zoals is vermeld bij de omkeerinrichting, de koppeltandwielen een vertanding hebben, die door hun vorm gemakkelijk in elkaar schuiven, kan dit toch worden belet door het optreden van een tand voor tand-positie. In dat geval treedt automatisch de verstelinrichting in werking.
Wanneer na bediening van de rijrichtingschakelaar de koppeltandwielen normaal in elkaar schuiven, zal de verstelinrichting niet in werking treden. Weliswaar is de voedingsbron voor leiding 910 dezelfde als voor de leidingen 301 en 302 (zie figuur D7.6), maar cilinder 901 reageert vertraagd op deze voeding. Pas als de eindstand van de koppelbeweging niet bereikt wordt, zal de aanhoudende voeding effect hebben. De tijdvertraging, bepaald door smoring 902 en reservoir 904, verstrijkt dan en zuiger 905 beweegt tegen terugbrengveer 912 in omlaag. Hierdoor drukt schuifstang 906 tussen aandrijfrol 907 en het secundaire deel van vloeistofkoppeling 15. Deze koppelingshelft en daarmee de secundaire hoofdas 23, wordt hierdoor een weinig verdraaid. Hierdoor wordt de tand voor tand-positie opgeheven en kan schakelas 310 alsnog ingrijpen.
De retourbeweging van cilinder 901 vindt plaats, als de persluchtvoeding wegvalt en de cilinder ontlucht via terugslagklep 903.
Figuur D7.8 Verstelinrichting/verdraaier |
 Figuur D7.9 De eindstandcontrolemelding |
Tijdens het omschakelen verdraait de in deze inrichting ingebouwde hefboom 311. Alleen bij bereikte eindstand bedient deze een van de schakelaars 305. Pas dan kan de motor worden opgeschakeld, dit is onmogelijk zolang de omschakelprocedure niet is voltooid. Tevens wordt door een van beide schakelaars 305 via een magneetklep leiding 382 ontlucht. De luchtdruk van omkeerinrichting en verstelinrichting valt hiermee weg.
Inhoud: |
In deze les zullen wij ingaan op de storingsgevoeligheid van hydraulische systemen in het algemeen en op die van de aandrijfstystemen voor de DE- en DH-treinstellen in het bijzonder.
De storingsgevoeligheid van een systeem is in belangrijke mate afhankelijk van:
Hebben wij een goed ontwerp en is voldoende aandacht aan de overige punten besteed, dan kan men veelal een jarenlange storingsvrije werking verwachten.
Desondanks kunnen er tijdens de werking toch verstoringen optreden. Dit zijn afwijkingen ten opzichte van de gewenste werking van de installatie.
Voor mechanische overbrengingen kunnen dit onder andere versleten of beschadigde tandwielen of lagers zijn.
In een hydraulisch systeem is het minder eenvoudig vast te stellen, waardoor een ongewoon verschijnsel zich voordoet. Het is moeilijk om snel te zien of bijvoorbeeld een pomp als normale lekkage langs de afdichtingsvlakken vertoont of dat een bepaalde klep slecht functioneert en wat hiervan de oorzaak is.
Uitingen van een afwijkend gedrag in een hydraulisch systeem kunnen onder andere zijn:
Het is vaak lastig om de voor het afwijkend gedrag verantwoordelijke grondoorzaak aan te wijzen. Daarom neigt men er gemakkelijk toe de afwijking te verhelpen, zonder zich te verdiepen in de aanleiding daartoe. Dit moet worden voorkomen.
Om het oplossen van een storing zo effectief mogelijk uit te voeren, is het noodzakelijk de storing stap voor stap te benaderen en te beredeneren.
Een methode daarvoor zullen wij in deze les introduceren en behandelen.
Omdat hiervoor de gewenste meetwaarden bekend moeten zijn, zullen deze van de in de voorgaande lessen behandelde systemen als bijlagen aan deze les worden toegevoegd.
Elk hydraulisch systtem bestaat in principe uit:
Elk van deze onderdelen kan aanleiding geven voor een afwijkend gedrag.
De toegepaste hydraulische vloeistof en de conditie daarvan hebben grote invloed op het functioneren van een hydraulisch systeem.
Belangrijke eisen, waaraan de hydraulische vloeistof moet voldoen, zijn:
Door veroudering van de hydraulische olie ontstaan verouderingsprodukten in de vorm van drab (sludge) en verzuring. De drab geeft extra vervuiling en kans op het vastlopen of beschadiging van bewegende delen. De zuren kunnen schadelijk zijn voor metalen en vele soorten van afdichtingen, die erdoor worden aangetast.
De mate van veroudering is sterk afhankelijk van de gebruiksduur en de bedrijfstemperatuur en wordt vastgesteld door onderzoek van een oliemonster in een laboratorium. Tijdige vervanging van de olie is een belangrijke zaak om storingen te voorkomen. Goed spoelen bij vervanging is wenselijk, omdat verouderde resten weer snel leiden tot veroudering van de nieuwe olie.
Een onjuiste uitlijning van pompen, moteren, cilinders en dergelijke, mogelijke vervormingen tengevolge van een onjuiste montagewijze door bijvoorbeeld het onder-spanning-monteren van leidingen, niet-vlakke bevestigingsvlakken, maken de installatie zeer gevoelig voor het optreden van storingen.
Hydraulische schuiven en kleppen zijn met grote precisie vervaardigd en moeten de druk, de richting en de volumestroom in een systeem nauwkeurig regelen. De schuiven zijn niet voorzien van afdichtingen, omdat de lekkage gering is zolang zij nauwkeurig worden gemonteerd en in goede staat worden gehouden.
Verontreinigingen, zoals vuil, ingedikte olie en slijtagedeeltjes, zijn de hoofdschuldigen bij storingen in schuiven of kleppen. Dit kan zijn door vastklemmen, plakken, verstoppingen van kleine openingen of het beschadigen van pasvlakken.
Een onjuiste keuze van afdichtingsmaterialen ten opzichte van de toegepaste hydraulische olie kan aantasting van de afdichtingen veroorzaken en aanleiding zijn voor storingen. Ook een te hoge bedrijfstemperatuur kan rubber afdrichtingen snel doen verharden en lekkages veroorzaken.
Bij vervanging van de olie dient ervoor gezorgd te worden, dat geen vuil of andere verontreinigingen in het systeem komen. Kleine deeltjes kunnen kleppen beschadigen, pompen laten vastlopen, openingen verstoppen en daardoor kostbare reparaties noodzakelijk maken.
Na montage of een grondige herstelling is spoelen van het systeem over een extern filter nodig om montagevuil te verwijderen.
Het is ook nodig de door de werking van de installatie veroorzaakte slijtagedeeltjes van metalen en afdichtingen op te vangen in een filter. Een fijnmazige persfilter heeft daarbij de taak de slijtagedeeltjes, die de pomp als energieomzetter veroorzaakt, op te vangen, waardoor kleppen en stuurschuiven in hun goede werking niet worden belemmerd. De overige slijtagedeeltjes kunnen worden opgevangen in een retourfilter en door bezinking in het reservoir.
De filters hebben dus een belangrijke taak voor een storingsvrije werking van de installatie. Vervang of reinig daarom op tijd de betreffende filterelementen.
Door gebrekkig onderhoud kunnen een groot aantal storingen ontstaan, die vaak zijn terug te voeren op menselijke fouten.
Enkele voorbeelden zijn:
| N.B.: | Het niet-vroegtijdig ontdekken van kleine verstoringen en het wegnemen van de oorzaken daarvan, kan tot aanzienlijke schade leiden. |
Als men een pomp of hydromotor laat werken onder omstandigheden, waarvoor deze niet is gemaakt, kan men er zeker van zijn spoedig storing te krijgen. Door hun constructie hebben elke pomp en hydromotor bepaalde grenzen van druk, toerental, koppel, belasting en temperatuur, die niet mogen worden overschreden.
Hierna wordt achtereenvolgens voor elk van de systemen vanuit de theorie aangegeven wat de storingsgevoelige punten zouden kunnen zijn.
Voor het onderkennen en oplossen van storingen is het allereerst nodig, dat er een algemeen kennisniveau en inzicht aanwezig zijn ten aanzien van de technieken, die bij een installatie zijn toegepast.
Vervolgens dient de basiskennis te zijn uitgediept ten aanzien van de installaties, waarmee men te maken heeft. Alle facetten, die daarin een rol kunnen spelen, dienen te worden beheerst. Deze kunnen zijn:
Behalve deze technische kwaliteiten zijn er persoonlijke kwaliteiten nodig om niet ondoordacht te werk te gaan. Dit wil zeggen eerst je verstand laten werken, voordat de handen uit de mouwen worden gestoken.
Al deze elementen zijn nodig om storingen te kunnen:
Omdat storingen er zijn zolang de techniek bestaat, heeft men zich ook beziggehouden met de vraag op welke wijze een storing zo snel en effectief mogelijk kan worden verholpen. Daartoe heeft men een methode uitgedacht, waarmee op logische wijze stap voor stap de storing wordt benaderd. Deze methode heet de zes stappen-methode.
In het algemeen kunnen bij deze methodische aanpak zes stappen worden onderscheiden.
Deze zijn achtereenvolgens:
Daaronder wordt verstaan het zich een duidelijk beeld vormen van wat de ongewone verschijnselen precies zijn. Daarbij zijn bijvoorbeeld van belang:
Dit moet leiden tot:
Er behoeft niet altijd een diepere grondoorzaak aanwezig te zijn, maar men dient zich, zodra het defect is vastgesteld, wel af te vragen of er omstandigheden zijn, waardoor het defect is ontstaan. Is dit namelijk het geval, dan zal ongetwijdeld een herhaling van de opgetreden storing zich voordoen.
Daarbij dient ook een eventueel aanwezige grondoorzaak, die het defect heeft teweeggebracht, te worden weggenomen.
Hieronder valt ook het opnieuw inregelen en het beproeven van de installatie.
Wij zullen nu de zes stappen-methode eens toepassen op een gefingeerde storing en deze in een zogenaamd blokschema uitwerken.
Aan de hand van het navolgende voorbeeld zien wij, dat wij stap 1 van de zes stappen-methode beter nog wat kunnen uitsplitsen om een juist beeld van de storing te verkrijgen.
Nadat wij hebben waargenomen wat de afwijking is, is het belangrijk de mogelijke oorzaken op te sommen. Hebben wij de mogelijke oorzaken op een rij, dan kunnen wij aan de hand van de verzamelde gegevens vaststellen, welke controles wij moeten verrichten om tot een beeldvorming ten aanzien van plaats en werkelijke oorzaak te komen.
 |
 Figuur D8.1 |
 Figuur D8.2 |
Stationair toerental 850-0+10 omw./min.
| druk in: | toerental dieselmotor | |
| stationair | maximaal | |
| zuigleiding | 0,2 bar | 2,1 bar |
| persleiding naar compressormotor | 180 ±5 bar | 130 ±5 bar |
| persleiding naar generatormotor | onbelast 50 ±10 bar belast 185 ±10 bar |
onbelast 35 ±10 bar belast 85 ±10 bar |
De retourdruk wordt gebruikt als stuuroliedruk voor de regelbare hydromotoren. Te meten vlak voor oliereservoir. Deze druk moet lager zijn dan 3,8 bar, bij n dieselmotor is 850 omw./min. De druk loopt op bij maximaal toerental dieselmotor tor circa 14 bar.
Te hoge lekoliedruk beïnvloedt het juiste functioneren van de slagvolumeregeling van de hydromotoren. De lekoliedruk moet lager zijn dan 0,4 bar.
Te meten bij maximum toerental van de dieselmotor met alle hulpvermogen in en een persdruk van circa 100 bar. Voor de dubbelpomp en de hydromotoren voor de generator en de compressor moet de hoeveelheid lekolie kleiner zijn dan 2 liter per minuut.
Voor de hydromotor voor de ventilator moet de hoeveelheid lekolie kleiner zijn dan 1 liter per minuut.
Voor de hydromotorgenerator met scherpe overgangen:
 |
Voor de hydromotorcompressor met geleidelijke overgangen:
 |
Lengte in onbespannen toestand:
Insmeren met Silubrin Grease I.
Oliesoort: Rimula X15 W40.
 Figuur D8.3 |
Binnen één minuut moeten de twee compressoren het drukvat, waarop zij beiden zijn aangesloten, in druk verhogen van 5,9 bar naar 7,5 bar.
Thermostaatklep moet bij 79 °C beginnen te sluiten en bij 83 °C geheel gesloten zijn. Dan draait de ventilatormotor op volle toeren en zijn de jalouzieën geopend. Het maximaal toerental van de ventilator is mede afhankelijk van n dieselmotor.
| Eis: | Bij mechanische afstelling en leegloop van de dieselmotor: 1500 omw./min. Bij servo-afstelling:
|
| Opmerking: | Het toerental van de dieselmotor in leegloop is 850-0+10 omw./min. |
 Figuur D8.4 |
| Eis: | Bij mechanische afstelling en leegloop van de dieselmotor: 50 Hz = 1500 omw./min. Bij servo-afstelling:
|
| Opmerking: | Het toerental van de dieselmotor in leegloop is 850-0+10 omw./min. |
Tijdens de gehele afstelprocedure zowel mechanisch als met servo, moet de generator worden belast. Dit houdt in, dat de treinverlichting, de hagenukkachel en de cabineverwarming ingeschakeld moeten zijn. Met deze belasting moet de dieselmotor 850-0+10 omw./min maken.
Is dit niet het geval, dan moet eerst het toerental van de dieselmotor worden afgesteld. Tevens moet de temperatuur van de hydraulische olie een waarde bereikt hebben van 65 - 80 °C.
| Opmerking: | Mocht de regelprint van de generator defect zijn, dan moet deze worden omgewisseld of in de meetkamer worden getest en afgesteld. |
Bij de afstelling van de hydromotorgenerator moet de controlestaat (zie hierna volgende bladzijde) worden ingevuld.
Bij een verstoring moeten daar bij de punten A tot en met E de gevonden waarden wordne ingevuld. Daarna kan eventueel al een conclusie worden getrokken, waar de storing zich bevindt.
De punten 1 tot en met 7 betreffen de afstelling van de hydromotor zowel mechanisch als met servobesturing.
De handelingen volgens de punten 8 tot en met 12 zijn om te controleren of de hydromotor goed is afgesteld.
De afstelling is als volgt:
 |
Stationair toerental 750 omw./min.
Toerental 2450 +100-50 omw./min in het gehele toerengebied van de dieselmotor.
Voor oliereservoir lager dan 7 bar.
80 ±10 °C.
Indien aan bovenstaande voorwaarden is voldaan, kan de dieselmotor gestart worden.
Het houdcircuit wordt verkregen als koelwateromloop en oliedruk aanwezig zijn.
Nadat aan deze voorwaarden is voldaan, ontstaat er een elektrische vergrendeling, waardoor een hogere toerentalinstelling mogelijk is.
| Waarneming | Mogelijke oorzaken | Maatregelen |
|---|---|---|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| Waarneming | Mogelijke oorzaken | Maatregelen |
|---|---|---|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
 Figuur D8.5 Schakelregulateur uitgenomen |
 Figuur D8.6 Schakelklep uitgenomen |
 Figuur D8.7 Hoofdstuurzuiger 602 en hoofdstuurschuif 601 uitgenomen |
 Figuur D8.8 |
