DE102013219397A1 - driving device - Google Patents
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Abstract
Antriebsvorrichtung (1) wenigstens umfassend ein erstes Antriebselement (2), ein zweites Antriebselement (3), ein Getriebe (4), eine erste Welle (W1), eine zweite Welle (W2) und eine dritte Welle (W3), dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (4) wenigstens zwei Getriebeeingänge und einen Getriebeausgang aufweist und durch das erste Antriebselemente (2) über die erste Welle (W1) und durch das zweite Antriebselement (3) über die zweite Welle (W2) jeweils eine Drehbewegung in einen der zwei Getriebeeingänge des Getriebes (4) einleitbar ist und an dem Getriebeausgang des Getriebes (4) an der dritten Welle (W3) eine resultierende Drehzahl anliegt.Drive device (1) comprising at least a first drive element (2), a second drive element (3), a transmission (4), a first shaft (W1), a second shaft (W2) and a third shaft (W3), characterized in that the transmission (4) has at least two transmission inputs and one transmission output and in each case a rotary movement into one of the two through the first drive elements (2) via the first shaft (W1) and through the second drive element (3) via the second shaft (W2) Transmission inputs of the transmission (4) can be introduced and at the transmission output of the transmission (4) to the third shaft (W3) rests a resulting speed.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung, insbesondere zur Verwendung in Schienenfahrzeugen. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art. The present invention relates to a drive device, in particular for use in rail vehicles. Furthermore, the present invention relates to a method for operating a drive device of the type mentioned.
Die
Die
Bei Schienenfahrzeugen hat die Bauhöhe des Fahrzeugantriebs einen großen Einfluss auf die Nutzbarkeit des Schienenfahrzeugs. Insbesondere bei Straßenbahnen kommen Systeme mit einer so genannten Niederflur-Technologie zum Einsatz, um einen einfacheren Zustieg der Fahrgäste sowie einen durchgängigen Boden zu gewährleisten. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung der eingangs beschriebenen Art vorzuschlagen, wobei die Antriebsvorrichtung eine möglichst geringe Bauhöhe aufweisen soll und bei einer möglichst hohen Effizienz zufriedenstellende Fahr- und Beschleunigungsleistungen bei hohen Zugkraftanforderungen gewährleisten soll. In rail vehicles, the height of the vehicle drive has a major impact on the usability of the rail vehicle. Especially with trams systems with a so-called low-floor technology are used to ensure easier access of passengers and a continuous floor. The invention is therefore based on the object to propose a drive device of the type described above, wherein the drive device should have the lowest possible height and ensure the highest possible efficiency satisfactory driving and acceleration performance at high draft requirements.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Antriebsvorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor. The object is achieved with a drive device according to the
Die Antriebsvorrichtung umfasst dabei wenigstens ein erstes Antriebselement, ein zweites Antriebselement, ein Getriebe, eine erste Welle, eine zweite Welle und eine dritte Welle. Weiter weist das Getriebe bevorzugt wenigstens zwei Getriebeeingänge und einen Getriebeausgang auf, wobei durch das erste Antriebselement bevorzugt über die erste Welle eine Drehbewegung in einen der zwei Getriebeeingänge einleitbar ist und durch das zweite Antriebselement bevorzugt über die zweite Welle eine Drehbewegung in einen anderen der zwei Getriebeeingänge des Getriebes einleitbar ist. An dem Getriebeausgang des Getriebes liegt bevorzugt an der dritten Welle eine resultierende Drehzahl an. The drive device comprises at least a first drive element, a second drive element, a transmission, a first shaft, a second shaft and a third shaft. Further, the transmission preferably has at least two transmission inputs and a transmission output, wherein by the first drive element preferably via the first shaft, a rotational movement is introduced into one of the two transmission inputs and through the second drive element preferably via the second shaft a rotary movement into another of the two transmission inputs of the transmission can be introduced. At the transmission output of the transmission is preferably at the third shaft to a resulting speed.
Unter einem Antriebselement ist in diesem Zusammenhang ein Motor zu verstehen, beispielsweise eine elektrische Maschine oder eine Verbrennungskraftmaschine, welche mit Diesel, Erdgas oder einem anderen Treibstoff betreibbar ist. Bevorzugt handelt es sich bei den Antriebselementen um elektrische Maschinen. Alternativ dazu sind auch beliebige Kombinationen der gerade genannten Antriebsarten der Antriebselemente denkbar. In this context, a drive element is to be understood as meaning an engine, for example an electric machine or an internal combustion engine which can be operated with diesel, natural gas or another fuel. The drive elements are preferably electrical machines. Alternatively, any combinations of the just mentioned types of drive the drive elements are conceivable.
Unter einer Welle ist nachfolgend nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden, insbesondere Verbindungselemente, die mehrere Elemente drehfest miteinander verbinden. Eine Welle bezeichnet weiter ein mechanisches, mit einer definierten Steifigkeit versehenes Bauteil, durch welches bevorzugt Drehmomente oder Drehbewegungen zwischen zwei mit der Welle verbundenen Bauteilen übertragbar sind. Je nach Ausführung können jedoch auch translatorische Bewegungen, das heißt durch Zug- oder Druckkräfte hervorgerufene Bewegungen, beispielsweise entlang einer Rotationsachse einer Welle, übertragen werden. A shaft is not to be understood below exclusively as an example cylindrical, rotatably mounted machine element for transmitting torque, but these are also general fasteners to understand that connect individual components or elements together, in particular connecting elements that connect a plurality of elements rotatably together. A shaft further denotes a mechanical component provided with a defined rigidity, by means of which preferably torques or rotational movements between two components connected to the shaft can be transmitted. Depending on the design, however, it is also possible to transmit translational movements, that is to say movements caused by tensile or compressive forces, for example along a rotation axis of a shaft.
Zwei Elemente werden insbesondere als miteinander verbunden bezeichnet, wenn zwischen den Elementen eine feste, insbesondere drehfeste Verbindung besteht. Insbesondere drehen solche verbundenen Elemente mit der gleichen Drehzahl in dieselbe Drehrichtung. Dabei kann die Verbindung zwischen den Elementen durch eine Welle oder ein sonstiges Verbindungselement realisiert werden, oder die zu verbindenden Elemente können direkt, beispielsweise mittels einer Schweiß-, Schraub-, Klebe-, Klemm oder Steckverbindung, miteinander verbunden sein. Auch ist eine einstückige Ausführung von miteinander verbundenen Elementen denkbar. Two elements are particularly referred to as interconnected when between the elements a solid, especially non-rotatable Connection exists. In particular, such connected elements rotate at the same speed in the same direction of rotation. In this case, the connection between the elements can be realized by a shaft or another connection element, or the elements to be connected can be connected to each other directly, for example by means of a welding, screwing, gluing, clamping or plug connection. Also, a one-piece design of interconnected elements is conceivable.
Zwei Elemente werden im Weiteren als verbindbar bezeichnet, wenn zwischen diesen Elementen eine lösbare drehfeste Verbindung besteht. Insbesondere drehen solche Elemente, wenn die Verbindung besteht, mit der gleichen Drehzahl in dieselbe Drehrichtung. Two elements are hereinafter referred to as connectable if there is a releasable rotationally fixed connection between these elements. In particular, such elements, when connected, rotate at the same speed in the same direction of rotation.
Ein Getriebeeingang beschreibt einen Ort an einem Getriebe, an welchem eine Drehbewegung, beispielsweise von einem Antriebselement, in das Getriebe eingeleitet wird. Ein Getriebeausgang bezeichnet im Gegensatz dazu einen Ort des Getriebes, an welchem die am Getriebeeingang eingeleitete Drehbewegung unter Berücksichtigung des jeweiligen Übersetzungsverhältnisses aus dem Getriebe ausgeleitet wird. A transmission input describes a location on a transmission at which a rotational movement, for example, by a drive element, is introduced into the transmission. In contrast, a transmission output designates a location of the transmission at which the rotational movement introduced at the transmission input is discharged from the transmission taking into account the respective transmission ratio.
Analog dazu ist unter einer resultierenden Drehzahl zu verstehen, dass unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses und der Einleitung einer oder mehrerer Drehbewegungen in einer oder mehrere Getriebeeingänge des Getriebes eine davon abweichende Drehzahl und ein unter Umständen davon abweichendes Drehmoment an dem Getriebeausgang anliegt und somit daraus resultiert. Similarly, a resulting speed is to be understood that, taking into account the gear ratio and the initiation of one or more rotational movements in one or more transmission inputs of the transmission, a different speed and a possibly different torque applied to the transmission output and thus results.
Durch die gerade beschriebene Anordnung unter Anwendung eines ersten Antriebselements und eines zweiten Antriebselements in Verbindung mit einem Getriebe können besonders vorteilhaft Antriebselemente mit einem kleinen Durchmesser beziehungsweise einem geringen Bauraumbedarf verwendet werden, was sich vorteilhaft auf die Eignung zur Verwendung in einem Fahrzeug mit Niederflur-Technologie auswirkt. By the arrangement just described using a first drive element and a second drive element in conjunction with a transmission particularly advantageous drive elements can be used with a small diameter or a small space requirement, which has an advantageous effect on the suitability for use in a vehicle with low-floor technology ,
Weiter bevorzugt ist das Getriebe als Summiergetriebe ausgeführt. More preferably, the transmission is designed as summing.
Ein Summiergetriebe zeichnet sich dadurch aus, dass bevorzugt zwei Eingangsleistungen zu einer Ausgangsleistung zusammengefasst werden. Im vorliegenden Fall bedeutet dies bevorzugt, dass eine Drehbewegung des ersten Antriebselements und eine Drehbewegung des zweiten Antriebselements zusammengefasst, das heißt summiert werden, und daraus an der dritten Welle eine zusammengefasste Drehbewegung beziehungsweise eine resultierende Drehzahl anliegt. Das Summiergetriebe kann dabei bevorzugt als Planetengetriebe, insbesondere als Minus- oder Plus-Planetengetriebe, oder auch als Stirnradgetriebe ausgeführt sein. A summing gear is characterized in that preferably two input powers are combined to form an output power. In the present case, this preferably means that a rotational movement of the first drive element and a rotational movement of the second drive element are combined, that is summed, and from the third shaft a combined rotational movement or a resulting rotational speed is applied. The summation can be preferably designed as a planetary gear, in particular as a negative or plus planetary gear, or as a spur gear.
Ein Planetengetriebe beziehungsweise ein Planetenradsatz umfasst dabei in der Regel wenigstens ein Sonnenrad, einen Planetenträger und ein Hohlrad. An dem Planetenträger drehbar gelagert sind Planetenräder, welche mit der Verzahnung des Sonnenrads und/oder mit der Verzahnung des Hohlrades kämmen. A planetary gear or a planetary gear set generally comprises at least one sun gear, a planet carrier and a ring gear. Rotatably mounted on the planet carrier are planet gears, which mesh with the toothing of the sun gear and / or with the toothing of the ring gear.
Dabei beschreibt ein Minus-Planetenradsatz bevorzugt einen Einzelplanetenradsatz mit einem Planetenträger, an dem die Planetenräder drehbar gelagert sind, mit einem Sonnenrad und mit einem Hohlrad, wobei die Verzahnung mit zumindest einem der Planetenräder sowohl mit der Verzahnung des Sonnenrades, als auch mit der Verzahnung des Hohlrades kämmt, wodurch das Hohlrad und das Sonnenrad in entgegengesetzte Drehrichtungen rotieren, wenn das Sonnenrad bei feststehendem Planetenträger rotiert. In this case, a minus planetary gear set preferably describes a single planetary gear set with a planet carrier to which the planet gears are rotatably mounted, with a sun gear and a ring gear, wherein the teeth with at least one of the planetary gears both with the teeth of the sun gear, as well as with the teeth of Ring gear meshes, whereby the ring gear and the sun gear rotate in opposite directions of rotation when the sun gear rotates at a fixed planet carrier.
Ein Plus-Planetenradsatz unterscheidet sich bevorzugt zu dem gerade beschriebenen Minus-Planetenradsatz dahingehend, dass der Plus-Planetenradsatz innere und äußere Planetenräder aufweist, welche drehbar an dem Planetenträger gelagert sind. Die Verzahnung der inneren Planetenräder kämmt dabei einerseits mit der Verzahnung des Sonnenrads und andererseits mit der Verzahnung der äußeren Planetenräder. Die Verzahnung der äußeren Planetenräder kämmt darüber hinaus mit der Verzahnung des Hohlrades. Die hat zur Folge, dass bei feststehendem Planetenträger das Hohlrad und das Sonnenrad in dieselbe Drehrichtung rotieren. A positive planetary gearset preferably differs from the minus planetary gearset just described in that the plus planetary gearset has inner and outer planetary gears rotatably supported on the planetary carrier. The toothing of the inner planet gears meshes on the one hand with the teeth of the sun gear and on the other hand with the teeth of the outer planetary gears. The toothing of the outer planetary gears also meshes with the teeth of the ring gear. This has the consequence that, when the planet carrier is stationary, the ring gear and the sun gear rotate in the same direction of rotation.
Durch die Verwendung von Planetenradsätzen können besonders kompakte Getriebe realisiert werden, wodurch eine große Freiheit bei der Anordnung des Getriebes in dem Fahrzeug erreicht wird. Unter den Elementen eines Planetenradsatzes werden insbesondere das Sonnenrad, das Hohlrad, der Planetenträger und die Planetenräder des Planetenradsatzes verstanden. By using planetary gear sets particularly compact gear can be realized, whereby a large freedom in the arrangement of the transmission is achieved in the vehicle. The elements of a planetary gear set are understood in particular to mean the sun gear, the ring gear, the planet carrier and the planet wheels of the planetary gear set.
Bei einem Stirnradgetriebe handelt es sich um ein ein- oder mehrstufiges Stirnradgetriebe mit mindestens zwei Stirnrädern, welche miteinander in Eingriff stehen. Dabei sind die jeweiligen Wellen der Stirnräder beziehungsweise die Rotationsachsen der Wellen und Stirnräder parallel zueinander angeordnet. Soweit ein Stirnradgetriebe als Summiergetriebe verwendet wird, weist dieses wenigstens zwei Stirnräder auf, welche treibend mit einem dritten Stirnrad in Eingriff stehen. Das erste und das zweite Stirnrad können dabei beispielsweise direkt von dem ersten Antriebselement und dem zweiten Antriebselement angetrieben werden, während das dritte Stirnrad von den beiden anderen Stirnrädern getrieben wird und eine summierte Drehbewegung des ersten Stirnrads und des zweiten Stirnrads bereitstellt. A spur gear is a single or multi-stage spur gear with at least two spur gears, which are engaged with each other. The respective shafts of the spur gears or the axes of rotation of the shafts and spur gears are arranged parallel to each other. As far as a spur gear is used as summing, this has at least two spur gears, which are drivingly engaged with a third spur gear. The first and the second spur gear can be driven, for example, directly from the first drive element and the second drive element, while the third spur gear of the other two spur gears is driven and provides a summed rotary motion of the first spur gear and the second spur gear.
Weiter bevorzugt stellt die dritte Welle eine Drehbewegung zum Vortrieb eines Fahrzeugs bereit. More preferably, the third shaft provides a rotational movement for propulsion of a vehicle.
Unter einem Vortrieb ist dabei eine translatorische Bewegung des Fahrzeugs zu verstehen, beispielsweise in vor- oder rückwärtiger Fahrrichtung. Under a propulsion is to be understood as a translational movement of the vehicle, for example in the forward or backward direction of travel.
Bei dem Fahrzeug handelt es sich bevorzugt um ein Schienenfahrzeug, beispielsweise einen Triebwagen oder eine Straßenbahn. The vehicle is preferably a rail vehicle, for example a railcar or a tram.
Die dritte Welle kann dabei bevorzugt mit einem der Räder des Fahrzeugs verbunden sein, oder aber auch mit einer Achse des Fahrzeugs und diese somit antreiben. Besonders bevorzugt ist die dritte Welle mit einem Rad des Fahrzeugs verbunden. The third shaft may be preferably connected to one of the wheels of the vehicle, or else with an axle of the vehicle and thus driving them. Particularly preferably, the third shaft is connected to a wheel of the vehicle.
Weiter sind das erste Antriebselement und das zweite Antriebselement bevorzugt generatorisch und motorisch betreibbar. Further, the first drive element and the second drive element are preferably operated as a generator and motor.
Unter einem generatorischen Betrieb ist zu verstehen, dass eine Umwandlung einer Energieform in eine andere Energieform stattfindet. Insbesondere bei einer Ausführung der Antriebselemente als elektrische Maschine erfolgt eine Umwandlung einer mechanischen beziehungsweise einer Rotationsenergie in elektrische Energie. Diese kann beispielsweise in einem Speicherelement gespeichert und später im motorischen Betrieb verwendet werden, oder auch beispielsweise in das Bordnetz des Fahrzeugs zur Versorgung elektrischer Verbraucher eingespeist werden. Im Gegensatz dazu wird beispielsweise bei einer elektrischen Maschine im motorischen Betrieb elektrische Energie eingespeist und in Bewegungsenergie beispielsweise in Form einer Rotationsbewegung umgewandelt. A generator operation is to be understood as meaning that a transformation of one form of energy into another form of energy takes place. In particular, in an embodiment of the drive elements as an electrical machine, a conversion of a mechanical or a rotational energy into electrical energy takes place. This can be stored, for example, in a storage element and used later in engine operation, or also be fed, for example, in the electrical system of the vehicle to supply electrical consumers. In contrast, electrical energy is fed in, for example, in an electric machine in motor operation and converted into kinetic energy, for example in the form of a rotational movement.
Weiter bevorzugt ist dem Getriebe eine Konstantstufe nachgeschaltet. Unter einer Konstantstufe ist dabei ein ein- oder mehrstufiges Getriebe mit einer konstanten Übersetzung zu verstehen. Beispielsweise kann eine solche Konstantstufe in Form eines Stirnradgetriebes ausgeführt sein. Dem Getriebe nachgeschaltet bedeutet in diesem Zusammenhang, dass eine Anordnung in der Reihenfolge Antriebselement, Getriebe, Konstantstufe, Fahrzeugrad vorliegt. Dabei erfolgt eine Übersetzung der Drehzahl beziehungsweise der Drehbewegung entsprechend der gewünschten Applikation des Fahrzeugs. Alternativ dazu kann die Konstantstufe auch dem Getriebe vorgeschaltet sein. In diesem Fall ergibt sich eine Anordnung der Reihenfolge Antriebselement, Konstantstufe, Getriebe, Fahrzeugrad. Anstatt des Fahrzeugrads kann auch, wie oben bereits beschrieben, eine Fahrzeugachse angetrieben werden. Je nach Ausführung der Antriebselement ist eine Konstantstufe oder auch eine Anordnung von mehreren Konstantstufen, beispielsweise einer dem Getriebe vorgeschalteten und einer dem Getriebe nachgeschalteten Konstantstufe denkbar. Es ist auch denkbar, auf die Anordnung einer Konstantstufe zu verzichten. More preferably, the transmission is followed by a constant stage. Under a constant level is a single or multi-stage transmission with a constant translation to understand. For example, such a constant stage can be designed in the form of a spur gear. Downstream of the transmission in this context means that there is an arrangement in the order of drive element, transmission, constant level, vehicle wheel. In this case, a translation of the rotational speed or the rotational movement takes place according to the desired application of the vehicle. Alternatively, the constant level may be upstream of the transmission. In this case, an arrangement of the order of drive element, constant level, gearbox, vehicle wheel results. Instead of the vehicle wheel can also, as already described above, a vehicle axle are driven. Depending on the design of the drive element is a constant level or an arrangement of a plurality of constant stages, for example, one of the transmission upstream and downstream of the transmission constant stage conceivable. It is also conceivable to dispense with the arrangement of a constant stage.
Weiter bevorzugt ist an der dritten Welle eine Bremse angeordnet, wodurch die dritte Welle bevorzugt bremsbar beziehungsweise feststellbar ist. More preferably, a brake is arranged on the third shaft, whereby the third shaft is preferably braked or detectable.
Unter einer Bremse ist dabei ein Schaltelement zu verstehen, welches auf einer Seite mit einem feststehenden Element, beispielsweise einem Gehäuse, und auf einer anderen Seite mit einem rotierbaren Element verbunden ist. Im Folgenden ist unter einer nicht betätigten Bremse eine geöffnete Bremse zu verstehen. Dies bedeutet, dass sich das rotierbare Bauteil im Freilauf befindet, das heißt, dass die Bremse bevorzugt keinen Einfluss auf eine Drehzahl des rotierbaren Bauteils nimmt. Bei betätigter beziehungsweise geschlossener Bremse erfolgt eine Reduzierung der Rotationsbewegung des rotierbaren Bauteils bis hin zum Stillstand, das heißt, dass eine Verbindung zwischen rotierbaren Element und feststehendem Element herstellbar ist. A brake is to be understood as a switching element which is connected on one side to a stationary element, for example a housing, and on another side to a rotatable element. Hereinafter, a non-actuated brake is understood to mean an opened brake. This means that the rotatable component is in free-running, that is to say that the brake preferably has no influence on a rotational speed of the rotatable component. When the brake is actuated or closed, the rotational movement of the rotatable component is reduced to a standstill, that is, a connection can be established between the rotatable element and the stationary element.
Durch eine Bremse kann dabei bevorzugt formschlüssig oder reibschlüssig eine Verbindung herstellbar beziehungsweise trennbar sein. Bei einer reibschlüssigen Verbindung zweier Bauteile wird in der Regel über einen Aktuator eine Kraft auf die Verbindungsstelle eingeleitet, wodurch eine Reibkraft entsteht, durch welche eine Drehbewegung beziehungsweise ein Drehmoment zwischen den zwei drehbeweglichen Bauteilen übertragbar, also eine drehfeste Verbindung herstellbar ist. Der Aktuator kann dabei elektromotorisch, pneumatisch, elektrohydraulisch, elektromagnetisch oder in sonstiger Weise betätigbar sein. Bei formschlüssigen Verbindungen findet eine Verbindung aufgrund des Eingriffs der Konturen der zwei Bauteile statt. Formschlüssige Verbindungen haben insbesondere den Vorteil, dass sie bei vergleichsweise geringen Abmessung und Gewicht hohe Kräfte und Momente übertragen können. Darüber hinaus ist die aufzubringende Energie für die Verbindungsherstellung wesentlich geringer, als bei reibschlüssigen Verbindungen, wodurch beispielsweise der Aktuator kleiner ausgelegt werden kann. By means of a brake, a connection can preferably be produced or separable in a form-fitting or frictionally engaged manner. In a frictional connection of two components, a force is usually introduced via an actuator to the connection point, whereby a frictional force is generated by which a rotational movement or torque between the two rotatable components transferable, so a non-rotatable connection can be produced. The actuator may be electromotive, pneumatic, electro-hydraulic, electromagnetic or otherwise operable. In positive connections, a connection takes place due to the engagement of the contours of the two components. Positive connections have the particular advantage that they can transmit high forces and moments with a comparatively small size and weight. In addition, the energy to be applied for the connection is much lower than in frictional connections, whereby, for example, the actuator can be made smaller.
In diesem Zusammenhang ist unter bremsbar zu verstehen, dass durch Betätigen der Bremse eine Differenzdrehzahl zwischen den zwei Elementen reduzierbar ist und bis hin zum Stillstand des rotierbaren Elements herbeigeführt werden kann. Durch das Betätigen einer reibschlüssigen Bremse ist ein Übergang von einer Rotationsbewegung des rotierbaren Elements über eine Reduzierung dieser Rotationsbewegung bis hin zum Stellstand realisierbar. Umgekehrt ist ein schrittweises Erhöhen einer Rotationsbewegung beispielsweise aus einem Stillstand des rotierbaren Elements realisierbar. Bei einer formschlüssigen Bremse sind lediglich die Zustände Stillstand oder ungehemmte Rotation des rotierbaren Elements realisierbar. In this context, brakable to understand that by pressing the brake, a differential speed between the two elements can be reduced and can be brought to standstill of the rotatable element. By pressing a frictionally engaged brake, a transition from a rotational movement of the rotatable element via a reduction of this rotational movement up to the position can be realized. Conversely, a gradual increase in a rotational movement, for example, from a standstill of the rotatable element feasible. In a positive brake, only the states standstill or unrestrained rotation of the rotatable element can be realized.
Weiter bevorzugt ist an der ersten Welle ein erste Schaltelement und/oder an der zweiten Welle ein zweites Schaltelement angeordnet. Durch das erste Schaltelement und/oder das zweite Schaltelement ist bevorzugt eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Antriebselement mit dem Getriebe und/oder zwischen dem zweiten Antriebselement mit dem Getriebe herstellbar oder trennbar. More preferably, a first switching element and / or arranged on the second shaft, a second switching element on the first shaft. By the first switching element and / or the second switching element is preferably a non-rotatable connection between the first drive element with the transmission and / or between the second drive element with the transmission produced or separable.
Unter einer drehfesten Verbindung ist zu verstehen, dass beispielsweise eine Rotationsbewegung von einem ersten rotierbaren Element auf ein zweites rotierbares Element übertragbar ist und diese bei Vorliegen einer drehfesten Verbindung mit derselben Drehzahl in dieselbe Drehrichtung rotieren. Durch ein Schaltelement kann somit selektiv und wiederholbar eine Verbindung hergestellt oder getrennt werden. Under a rotationally fixed connection is to be understood that, for example, a rotational movement of a first rotatable member to a second rotatable member is transferable and rotate in the presence of a rotationally fixed connection at the same speed in the same direction of rotation. By a switching element can thus be selectively and repeatedly made a connection or disconnected.
Insbesondere sind unter den zuvor genannten Schaltelementen Kupplungen zu verstehen. Kupplungen beschreiben dabei Schaltelemente, welche, je nach Betätigungszustand eine Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen zulassen oder eine Verbindung zur Übertragung eines Drehmoments darstellen. Unter einer Relativbewegung ist beispielsweise eine Rotation zweier Bauteile zu verstehen, wobei die Drehzahl des ersten Bauteils und die Drehzahl des zweiten Bauteils voneinander abweichen. Darüber hinaus ist auch die Rotation nur eines der beiden Bauteile denkbar, während das andere Bauteil stillsteht oder in entgegengesetzter Richtung rotiert. In particular, among the aforementioned switching elements to understand clutches. Clutches describe switching elements which, depending on the operating state, allow a relative movement between two components or constitute a connection for transmitting a torque. Under a relative movement, for example, to understand a rotation of two components, wherein the rotational speed of the first component and the rotational speed of the second component differ from each other. In addition, the rotation of only one of the two components is conceivable while the other component is stationary or rotating in the opposite direction.
Im Folgenden ist unter einer nicht betätigten Kupplung eine geöffnete Kupplung zu verstehen. Dies bedeutet, dass eine Relativbewegung zwischen den beiden Bauteilen möglich ist. Bei betätigter beziehungsweise geschlossener Kupplung rotieren die beiden Bauteile dementsprechend mit derselben Drehzahl in dieselbe Drehrichtung. Kupplungen können dabei, analog zu der oben beschriebenen Ausführung von Bremsen, als reibschlüssige oder formschlüssige Verbindungselemente ausgeführt sein. Hereinafter, a non-actuated clutch is understood to mean an opened clutch. This means that a relative movement between the two components is possible. When the clutch is actuated or closed, the two components accordingly rotate at the same speed in the same direction of rotation. Couplings can be executed as frictional or positive connection elements, analogous to the above-described embodiment of brakes.
Weiter bevorzugt leiten das erste Antriebselement und das zweite Antriebselement gleichzeitig eine Drehbewegung in das Getriebe ein. More preferably, the first drive element and the second drive element simultaneously initiate a rotational movement in the transmission.
In diesem Zustand werden das erste Antriebselement und das zweite Antriebselement beide motorisch betrieben. Insbesondere in Situationen mit einer hohen Zugkraftanforderung, beispielsweise beim Anfahren, Beschleunigen oder einer Bergfahrt beziehungsweise zur Bewältigung einer Steigung liegt häufig eine hohe Zugkraftanforderung vor. Idealerweise werden in diesem Zustand beide elektrischen Maschinen in einem optimalen Betriebspunkt betrieben, um einen möglichst effizienten Vortrieb zu gewährleisten. Insbesondere können dabei das erste Antriebselement und das zweite Antriebselement bezüglich ihrer Auslegung und Leistung identisch sein. Alternativ dazu ist auch denkbar, unterschiedliche Antriebselemente zu kombinieren, beispielsweise ein Hauptantriebselement mit einer hohen Leistung und ein weiteres Antriebselement mit einer geringeren Leistung. In this state, the first drive element and the second drive element are both operated by a motor. In particular, in situations with a high tensile force requirement, for example when starting, accelerating or driving uphill or to cope with a gradient, there is frequently a high tensile force requirement. Ideally, in this state, both electric machines are operated at an optimum operating point to ensure the most efficient possible propulsion. In particular, the first drive element and the second drive element can be identical in terms of their design and performance. Alternatively, it is also conceivable to combine different drive elements, for example, a main drive element with a high power and another drive element with a lower power.
Weiter bevorzugt leitet nur ein Antriebselement eine Drehbewegung in das Getriebe ein. More preferably, only one drive element initiates a rotational movement in the transmission.
Dies bedeutet, dass nur ein Antriebselement motorisch betrieben wird. Das andere Antriebselement kann dabei passiv geschaltet sein, das heißt, dass dieses auf Grund der Verbindung mit dem Getriebe passiv im Freilauf mitgeschleppt wird. Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, das passiv geschaltete Antriebselement von dem Getriebe zu entkoppeln. Eine Entkopplung eines der Antriebselemente von dem Getriebe kann bevorzugt durch Öffnen des zugehörigen Schaltelements beziehungsweise der zugehörigen Kupplung dargestellt werden. Dabei kann dies als Lastschaltung, zum Beispiel bei reibschlüssigen Kupplungen, insbesondere Lamellenkupplungen, oder als zugkraftunterbrochene Schaltung, beispielsweise bei Verwendung einer Klauenkupplung beziehungsweise einer Synchronisierung, ausgeführt werden. Durch die Entkopplung eines der Antriebselemente von dem Getriebe werden vorteilhaft einerseits Verlustleistungen reduziert, das heißt der Wirkungsgrad der Antriebsvorrichtung erhöht, insbesondere kann dadurch das motorisch betriebene Antriebselement idealerweise in einem optimalen Betrieb betrieben werden und somit ebenfalls zur Verbesserung des Wirkungsgrads der Antriebsvorrichtung beitragen. This means that only one drive element is operated by a motor. The other drive element can be switched passively, that is, this is passive dragged due to the connection with the transmission in the freewheel. Alternatively, it is also possible to decouple the passively connected drive element of the transmission. A decoupling of one of the drive elements of the transmission can be preferably represented by opening the associated switching element or the associated coupling. This can be performed as a load circuit, for example in frictional clutches, in particular multi-plate clutches, or as traction interrupted circuit, for example when using a dog clutch or a synchronization. By decoupling one of the drive elements from the transmission, on the one hand, power losses are advantageously reduced, that is to say the efficiency of the drive device is increased, in particular the motor-operated drive element can ideally be operated in optimum operation and thus likewise contribute to improving the efficiency of the drive device.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung vorgeschlagen, wobei bei einer hohen Zugkraftanforderung das erste Antriebselement und das zweite Antriebselement motorisch betrieben werden und eine Drehbewegung in das Getriebe einleiten, bis die Zugkraftanforderung bereit gestellt wurde. Insbesondere beim Anfahren des Fahrzeugs, beim Beschleunigen beziehungsweise bei einer Bergfahrt oder zur Bewältigung einer Steigung liegt eine hohe Zugkraftanforderung vor. Häufig werden die Antriebselemente dabei unter Volllast oder nahe Volllast betrieben. According to a further aspect of the present invention, a method for operating a drive device is proposed, wherein at a high tensile force requirement, the first drive element and the second drive element are operated by a motor and initiate a rotational movement in the transmission until the tensile force request has been provided. In particular, when starting the vehicle, while accelerating or when traveling uphill or to cope with a slope, there is a high demand for traction. Frequently, the drive elements are operated under full load or near full load.
Weiter bevorzugt wird in einem Verfahren bei einer mittleren oder geringen Zugkraftanforderung ein Antriebselement motorisch betrieben und das andere Antriebselement ist passiv geschaltet. Eine geringe Zugkraftanforderung liegt beispielsweise bei einer Talfahrt beziehungsweise bei einem Anfahrvorgang im Rahmen einer Talfahrt vor. Eine mittlere Zugkraftanforderung ist beispielsweise dann gegeben, wenn das Fahrzeug in der Ebene fährt. In a method, further preference is given to a medium or low tensile force requirement a drive element is operated by a motor and the other drive element is switched to passive. A low traction requirement is present, for example, during a descent or during a starting process in the context of a descent. An average draft request is given, for example, when the vehicle is traveling in the plane.
Unter einer Passivschaltung eines der Antriebselemente oder beider Antriebselemente ist zu verstehen, dass keine Einleitung einer Drehbewegung in das Getriebe erfolgt. Under a passive circuit of one of the drive elements or both drive elements is to be understood that no initiation of a rotational movement takes place in the transmission.
Weiter bevorzugt wird in einem Verfahren bei einer mittleren oder geringen Zugkraftanforderung ein Antriebselement motorisch bestrieben. Dabei ist bevorzugt, dass dem motorisch betriebenen Antriebselement zugeordnete Schaltelement geschlossen, wodurch eine feste Verbindung zwischen dem motorisch betriebenen Antriebselement und dem Getriebe hergestellt wird. Weiter bevorzugt ist ein dem anderen Antriebselement zugeordnetes Schaltelement geöffnet, wodurch keine drehfeste Verbindung zwischen dem nicht motorisch betriebenen Antriebselement und dem Getriebe hergestellt wird. Bei einem Wechsel zu einer hohen Zugkraftanforderung wird bevorzugt das geöffnete Schaltelement geschlossen, wodurch eine drehfeste Verbindung des bislang nicht motorisch betriebenen Antriebselement und dem Getriebe hergestellt wird und das bislang nicht motorisch betriebene Antriebselement anschließend ebenfalls motorisch betrieben wird. More preferably, in a method with a medium or low tensile force requirement, a drive element is motor-driven. It is preferred that the motor-driven drive element associated switching element is closed, whereby a firm connection between the motor-driven drive element and the transmission is made. More preferably, a switching element associated with the other drive element is opened, whereby no rotationally fixed connection between the non-motorized drive element and the transmission is produced. In a change to a high tensile load request, the open switching element is preferably closed, whereby a rotationally fixed connection of the previously non-motorized drive element and the transmission is produced and the previously non-motorized drive element is then also operated by a motor.
Insbesondere bei der Verwendung von formschlüssigen Schaltelementen, beispielsweise einer Klauenkupplung, ist es erforderlich, dass während des Fahrbetriebs eine Synchronisierung der Drehzahl des zu koppelnden Antriebelements mit der Drehzahl der zu koppelnden Welle erfolgt. Darüber hinaus muss die Lage der beiden Klauenelemente zueinander identifiziert werden, um den Formschluss herstellen zu können. Hierzu können beispielsweise Drehzahlsensoren oder Lagesensoren verwendet werden. Durch eine so genannte Synchronschaltung wird somit Drehzahlgleichheit zwischen den zu koppelnden Elementen hergestellt und gleichzeitig eine Anpassung der Lage zueinander vorgenommen. In particular, when using positive-locking switching elements, such as a dog clutch, it is necessary that during the driving operation, a synchronization of the rotational speed of the drive element to be coupled with the speed of the shaft to be coupled takes place. In addition, the position of the two jaw elements to each other must be identified in order to produce the positive connection can. For this purpose, for example, speed sensors or position sensors can be used. By a so-called synchronous circuit thus speed equality between the elements to be coupled is produced and made an adjustment of the position to each other.
Darüber hinaus kann bevorzugt die Leistung an einem der Antriebselemente reduziert oder abgestellt werden, damit beim Entkoppeln in Verbindung mit einem formschlüssigen Schaltelement, beispielsweise einer Klauenkupplung, die drehfeste Verbindung getrennt werden kann. Während des Entkoppelns beziehungsweise des Koppelns eines der Antriebselemente treibt das andere Antriebselement weiterhin an, sodass vorteilhaft ein Einbruch der Zugkraft verhindert wird. Soweit ein Fahrprofil bereits bekannt ist, kann entsprechend der Streckenführung und der zu erwartenden Zugkraftanforderung eine Vorwahlstrategie erfolgen, sodass zum Beispiel bei einer erwartenden geringen Zugkraftanforderung nur mit einem Antriebselement angefahren wird. In addition, the power can preferably be reduced or turned off at one of the drive elements, so that the non-rotatable connection can be separated during decoupling in conjunction with a form-locking switching element, such as a dog clutch. During the decoupling or the coupling of one of the drive elements, the other drive element continues to drive, so that advantageously a break in the tensile force is prevented. As far as a driving profile is already known, a preselection strategy can be carried out according to the routing and the expected draft requirement, so that, for example, with an expected low draft request, only one drive element is approached.
Insbesondere bei Straßenbahnen ist das Fahrprofil aufgrund festgelegter Fahrrouten in einem vergleichsweise geringen Aktionsradius häufig bekannt, weshalb hier das Betreiben des Fahrzeugs unter Berücksichtigung einer Vorwahlstrategie häufig Anwendung finden kann. Particularly in the case of trams, the driving profile is frequently known in a comparatively small radius of action on the basis of defined driving routes, which is why the operation of the vehicle can frequently be used here taking into account a pre-selection strategy.
Weiter bevorzugt wird in einem Verfahren in einem Schubbetrieb beziehungsweise bei Vorliegen einer Bremskraftanforderung ein Antriebselement oder beide Antriebselemente generatorisch betrieben, wobei ein Bremsmoment erzeugt wird. Further preferably, in one method in a push operation or in the presence of a braking force request, a drive element or both drive elements are operated as a generator, wherein a braking torque is generated.
Unter einem Schubbetrieb ist in dem hier vorliegenden Fall ein Fahrzustand zu verstehen, bei dem wenigstens ein Antriebselement mit dem Getriebe verbunden ist und das Antriebselement durch die Bewegung des Fahrzeugs geschleppt, also eine Drehbewegung eingeleitet wird. Typischerweise tritt ein Schubbetrieb in einer Talfahrt auf oder aber wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs durch Wegnahme oder eine deutliche Reduzierung einer Zugkraftanforderung verringert wird. Under a coasting operation is to be understood in the present case, a driving condition in which at least one drive element is connected to the transmission and the drive element dragged by the movement of the vehicle, so a rotational movement is initiated. Typically, overrun occurs in a descent, or when the speed of the vehicle is reduced by removal or a significant reduction in draft demand.
Eine Bremskraftanforderung wirkt einer Zugkraftanforderung entgegen. Während bei einer Zugkraftanforderung ein Anfahren beziehungsweise eine Beschleunigung des Fahrzeugs gewünscht ist, wird mit einer Bremskraftanforderung das Ziel verfolgt, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu reduzieren beziehungsweise einen Fahrzeugstillstand herbei zu führen. Im generatorischen Betrieb des Antriebselements beziehungsweise der Antriebselemente wird von dem Antriebselement beziehungsweise den Antriebselementen ein Bremsmoment erzeugt, welches eine Reduzierung der Fahrzeuggeschwindigkeit zur Folge hat. Gleichzeitig wird durch den generatorischen Betrieb der Antriebselemente, beispielsweise bei Verwendung von elektrischen Maschinen als Antriebselementen, elektrische Energie erzeugt. A braking force request counteracts a draft request. While a start or an acceleration of the vehicle is desired in a traction request, the target is pursued with a braking force request to reduce the speed of the vehicle or to bring about a vehicle standstill. In the generator mode of the drive element or the drive elements, a braking torque is generated by the drive element or the drive elements, which results in a reduction of the vehicle speed. At the same time, electrical energy is generated by the generator operation of the drive elements, for example when using electrical machines as drive elements.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug vorgeschlagen, welches bevorzugt eine Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art umfasst. According to a further aspect of the present invention, a vehicle is proposed, which preferably comprises a drive device of the type mentioned in the introduction.
Bei dem Fahrzeug handelt es sich bevorzugt um ein Schienenfahrzeug, beispielsweise eine Straßenbahn oder einen Triebwagen, zur Beförderung von Personen. The vehicle is preferably a rail vehicle, for example a tram or a motor coach, for the transport of persons.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the accompanying figures. Show it:
In der hier gezeigten Ausführungsform ist die Antriebsvorrichtung
Über die erste Welle W1 ist eine Drehbewegung des ersten Antriebselements
Die erste Welle W1, die zweite Welle W2 und die dritte Welle W3 sind dabei parallel zueinander angeordnet. Die dritte Welle W3 bildet in der in
Bezogen auf die Fahrtrichtung F sind das erste Antriebselement
Wie in
In der in
Wie bereits in
Über die zweite Welle W2 ist das zweite Antriebselement
Das dritte Stirnrad ST3 ist über eine dritte Welle W3 mit einem Fahrzeugrad
Das Fahrzeugrad
Durch das erste Antriebselement
Analog dazu wird bei Vorliegen einer hohen Zugkraftanforderung durch das zweite Antriebselement
Das erste Antriebselement
Anstatt der in
Je nach Fahrzustand kann eines der Antriebselemente
Bei reibschlüssigen Schaltelementen
Bei dem Getriebe
Das Fahrzeugrad
Das erste Antriebselement
Über die Antriebselemente
Neben der beschriebenen Ausführungsform der Antriebsvorrichtung
Die Merkmale der in den
In allen Ausführungsformen kann eine vor- oder nachgeschaltete Konstantstufe
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1, 1a, 1b 1, 1a, 1b
- Antriebsvorrichtung driving device
- 2 2
- erstes Antriebselement first drive element
- 3 3
- zweites Antriebselement second drive element
- 4 4
- Getriebe transmission
- 5 5
- Konstantstufe constant level
- 6 6
- Bremse brake
- 7 7
- erstes Schaltelement first switching element
- 8 8th
- zweites Schaltelement second switching element
- 9 9
- Fahrzeugrad vehicle
- 10 10
- erster Durchmesser first diameter
- 11 11
- zweiter Durchmesser second diameter
- 12 12
- Schiene rail
- 13 13
- Unterkante Fahrgastraum Lower edge of the passenger compartment
- 14 14
- Stirntrieb spur gearing
- 15 15
- Kegelradgetriebe bevel gear
- F F
- Fahrtrichtung direction of travel
- G G
- Gehäuse casing
- H1 H1
- erstes Hohlrad first ring gear
- H2 H2
- zweites Hohlrad second ring gear
- PT1 PT1
- erster Planetenträger first planet carrier
- PT2 PT2
- zweiter Planetenträger second planet carrier
- S1 S1
- erstes Sonnenrad first sun gear
- S2 S2
- zweites Sonnenrad second sun wheel
- ST1 ST1
- erstes Stirnrad first spur gear
- ST2 ST2
- zweites Stirnrad second spur gear
- ST3 ST3
- drittes Stirnrad third spur gear
- W1 W1
- erste Welle first wave
- W2 W2
- zweite Welle second wave
- W3 W3
- dritte Welle third wave
- W4 W4
- vierte Welle fourth wave
- W5 W5
- fünfte Welle fifth wave
- W6 W6
- sechste Welle sixth wave
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- EP 0730539 B1 [0003] EP 0730539 B1 [0003]
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