DE2618073B2 - Fahrzeugantrieb, insbesondere für ein Schienenfahrzeug - Google Patents
Fahrzeugantrieb, insbesondere für ein SchienenfahrzeugInfo
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Description
ti Die Erfindung bezieht sich auf einen Fahrzeugantrieb,
insbesondere für ein Schienenfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein solcher Fahrzeugantrieb ist bekannt aus der DT-OS 1605818.
Als Vorteile dieses bekannte»; Fahrzeugantriebes sind zu nennen:
a) Durch die Einrichtung zum hydrodynamischen Bremsen (dort mittels eines gegenläufigen Drehmomentwandlers)
wird erreicht, daß die Elek-
■Γ) tromotoren für das generatorische Bremsen nicht
mehr größer dimensioniert zu werden brauchen, als es für den Traktionsbetrieb erforderlich ist.
Es besteht darüber hinaus die Möglichkeit, das generatorische Bremsen ganz entfallen zu lassen,
",o womit insbesondere die Bremswiderstände wegfallen.
b) Durch das Einschalten des hydrodynamischen Drehmomentwandlers beim Anfahren ergibt
sich eine Reduzierung der Anfahrstromstärke
v> und somit eine weitere Verringerung der thermischen
Belastung der Motorwicklungen und der Belastung der Kommutatoren, falls Kommutator-Motoren
verwendet werden. Dementsprechend besteht die Möglichkeit, besonders kleine ho Motoren zu verwenden und auch den Transformator,
die Schalteinrichtungen u. dgl. kleiner zu dimensionieren.
Trotz der vorerwähnten bekannten Vorzüge des elektrohydraulischen Atnriebes bestehen aber in der
h-, einschlägigen Fachwelt immer noch Bedenken dagegen, elektrische Schienentriebfahrzeuge tatsächlich
mit einem solchen Antrieb auszurüsten. Anstelle die Vorteile des elektrohydraulischen Fahrzeugantriebes
zu nutzen, läuft die derzeitige Entwicklung moderner elektrischer Schienentriebfahrzeuge, insbesondere
solche für hohe Fahrgeschwindigkeiten, in eine andere
Richtung. Siehe hierzu ZEV-Glasers Analen 1974, S. 232 bis 251 und S. 363 bis 367; »Die Bundesbahn«
1975, S. 687 bis 692; »Der Eisenbahningenieur« 1975, S. 409 bis 411. Danach besteht die Tendenz,
anstelle der zur Zeit iiberweigend verwendeten Einphasen-Wechselstrom-Komrnutatormotoren
und anstelle der in neuerer Zeit hinzugekommenen Mischstrommotoren zukünftig kommutatorlose Drehstrommotoren
einzusetzen. Hierzu hat die neuere Entwicklung der Leistungselektronik die notwendigen
Voraussetzungen gescheffen. Die Drehstrommotoren haben nicht nur den Vorteil kleinerer Abmessungen
und einfacheren Aufbaues, insbesondere durch den Wegfall der verschleißbehafteten Kommutatoren,
sondern auch ein wesentlich verbessertes Zugkraftverhalten. Sie entwickeln nämlich insbesondere im
unteren Gescbwindigkeitsbereich eine hohe Dauerzugkraft und im oberen Geschwindigkeitsbereich bei
konstanter Leistung eine mit zunehmender Geschwindigkeit abfallende Zugkraft. Eine thermische
Überbelastung solcher Elektromotoren ist auch bei häufigem Anfahren nicht mehr möglich. Dadurch vermag
eine Drehstromlokomotive sowohl Reisezüge mit hohen Geschwindigkeiten als auch schwere Güterzüge
mit großen Lasten und niedrigen Geschwindigkeiten zu befördern. Die Drehstromtechnik weist daher ähnliche
Vorteile auf wie ein elektrohydraulischer Fahrzeugantrieb. Anstelle einer hydrodynamischen Drehmomentwandlung
erfolgt hier eine elektrische Drehmomentwandlung.
Allerdings ist derzeit der erforderliche Bereich der Leistungselektronik noch nicht so weit entwickelt, daß
schon jetzt sämtliche elektrische Schienentriebfahrzeuge generell mit Drehstrommotoren ausgerüstet
werden könnten. Die Einrichtungen der Leistungselektronik haben bis jetzt noch den Nachteil hohen
Gewichtes und großen Raumbedarfes; deshalb ist das Gesamtgewicht einer Drehstrom-Elektrolokomotive
bis jetzt noch nicht wesentlich geringer als das einer herkömmlichen Elektrolokomotive. Ferner ist der
Beschaffungspreis für die Leisiungselektronik derzeit noch sehr hoch. Den genannten Druckschriften ist
schließlich zu entnehmen (z. B. »Die Bundesbahn« 1975, Seite 692), daß die endgültige Betriebserprobung
der Drehstromtechnik für die elektrische Zugförderung erst noch bevorsteht und jedenfalls noch
beträchtliche Zeit in Anspruch nehmen wird, und daß sich erst dann zeigen wird, ob sich die Drehstromtechnik
bewährt.
Die schon oben erwähnten Bedenken der Fachwelt gegen den elektrohydraulischer) Antrieb beruhen offensichtlich
auf der Tatsache, daß hier eine doppelte Energieumwandlung stattfindet, nämlich eine Umwandlung
mechanischer Energie in Strömungsenergie und wieder zurück in mechanische Energie. Praktisch
bedeutet dies, daß insbesondere beim Betrieb mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler aufgrund
seines naturgemäß ungünstigen Wirkungsgrades (im Vergleich zu einer rein mechanischen
Kraftübertragung) ein gewisser Leistungsverlust in Kauf genommen werden muß. Außerdem scheint angezweifelt
zu werden, ob - insbesondere in Hochgeschwindigkeitsfain zeugen - eine Einrichtung zum hydrodynamischen
Bremsen als einzige dynamische Bremse ausreicht. Man uefürchtet wohl, daß mit einer
einzigen dynamischen Bremse keine genügende Bremssicherheit gewährleistet werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den bekannten Fahrzeugantrieb der eingangs genannten
Art dahingehend zu verbessern, daß die darin naturgemäß auftretenden Leistungsverluste sich im
praktischen Betrieb des Fahrzeuges möglichst gering auswirken und daß er für Höchstgeschwindigkeitsfahrzeuge (ca. 300 km/h) geeignet ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen
Merkmale.
Durch diese Lösung wird dafür gesorgt, daß der Traktionsbetrieb, wenn immer dies möglich ist, im
Kupplungsgang stattfindet und daß somit der hydrodynamische Drehmomentwandler mit seinem verhältnismäßig
ungünstigen Wirkungsgrad im wesentlichen nur für das Anfahren benutzt wird. Bisher
schaltet man in Wandler-Kupplungs-Getrieben bei zunehmender Fahrgeschwindigkeit erst dann vom
Wandler- in den Kupplungsgang u.r.. wenn das Maximum der Wandler-Wirkungsgrad-K^nnlinie überschritten
worden ist. Demgegenüber wird gemäß der Erfindung die Möglichkeit vorgesehen, auch sch^n vor
dem Maximum der Wandler-Wirkungsgrad-Kennlinie in den Kupplungsgang umschalten zu können.
Es wird also die bisher übliche Methode verlassen, bei einem bestimmten Verhältnis zwischen der Sekundär-
und der Primärdrehzahl des Drehmomentwandlers oder einfach bei Erreichen einer bestimmten
Fahrgeschwindigkeit (Sekundär-Drehzahl) in den Kupplungsgang umzuschalten. Dem erfindungsgemäßen
Lösungsprinzip liegt der Gedanke zugrunde, daß nach dem Anfahren, das stets im Wandlergang stattfindet,
in der Schalteinrichtung für das hydrodynamische Getriebe laufend der jeweilige Fahrwiderstand
mit derjenigen Zugkraft verglichen wird, die augenblicklich im Kupplungsgang erzielbar wäre, wobei je
nach dem Ergebnis dieses Vergleiches der Wandlergang noch eingeschaltet bleibt oder das Hochschalten
in den Kupplungsgang ausgelöst wird. Der Vergleich zwischen den beiden genannten Größen kann ohne
Schwierigkeiten mit elektronischen Mitteln durchgeführt werden; zum Beispiel kann man eine Schaltungsanordnung
zur Bildung eines Quotienten aus zwei veränderlichen Größen benutzen, zumal das Umschalten in den Kupplungsgang gemäß der Erfindung
in Abhängigkeit von einem bestimmten Verhältnis zwischen der im Kupplungsgang erzielbaren Zugkraft
und dem augenblicklichen Fahrwiderstand ausgelöst werden soll. Hierbei kann je nach den vorliegenden
Erfordernissen festgelegt werden, ob der Umschaltvorgang ausgelöst werden soll, wenn das genrnnt;
Verhältnis beispielsweise den Wert 1 oder zum Beispiel den Wert 1,5 oder irgendeinen anderen oberhalb
von 1 liegendeil Wert aufweist. Je weitender Verhältniswert
oberhalb von 1 liegt, um so größer ist die nach dem Umschalten in den Kupplungsgang noch zur
Verfugung stehende Beschleunigungskraft.
Im Ergebnis zeichnet sich der erfindungsgemäße Fahrzeugantrieb dadurch aus, daß die Betriebsdauer
im Wandlergang gegenüber der Betriebsdauer im Kupplungsgang wesentlich reduziert ist und daß somit
der im Wandlergang in Kauf zu nehmende Lcistungsverlust praktisch keine Rolle mehr spielt.
Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das Zurückschalten vom Kuoolunes- in den W;mcl-
lergang konnte an sich in ähnlicher Weise ausgelöst
werden wie das Hochschalten, also dann, wenn das Verhältnis zwischen der im Kupplungsgang erreichbaren
Zugkraft und dem augenblicklichen Fahrwiderstand einen bestimmten Wert unterschreitet. Meistens
wird man jedoch die Schalteinrichtung derart ausbilden können, daß das Zurückschalten in den Wandlergang
einfach durch das Unterschreiten einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit ausgelöst wird. Vielfach wird
man aber die Möglichkeit ausnutzen wollen, den Elektromotor im Kupplungsgang zeitlich begrenzt auf
Überlast einzustellen. Hierzu wird gemäß der zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch
2 vorgeschlagen, daß das Zurückschalten vom Kupplungs- in den Wandlergang durch ein Überschreiten
der zulässigen thermischen Belastung des Elektromotors ausgelöst wird. Dadurch kann erreicht
werden, daß auch bei hoher Zugkraftanfordernnp so
lange wie nur irgend möglich im Kupplungsgang weitergefahren wird, indem der Fahrzeugführer den
Elektromotor auf zeitlich begrenzte Überlast einstellt. Es wird also erst dann in den Wandlergang zurückgeschaltet,
wenn ein weiterer Betrieb im Kupplungsgang wegen der Gefahr der thermischen Überlastung des
Elektromotors nicht mehr möglich ist. Gleichzeitig mit dem Zurückschalten wird dafür gesorgt, daß die Einstellung
des Elektromotors von Überlast auf Daueroder Teillast zurückgenommen wird.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung kann - wie in Anspruch 3 beschrieben - vorgesehen
werden, daß das Hochschalten vom Wandler- in den Kupplungsgang von unterschiedlichen Kriterien abhängig
gemacht wird, je nachdem, ob der Elektromotor auf Teil- oder Dauerlast oder auf eine zeitlich begrenzte
Überlast eingestellt ist. Danach wird man die im Anspruch 1 beschriebene Methode nur dann anwenden,
wenn der Elektromotor auf Teil- oder Dauerlast eingestellt ist. Dagegen wird man bei Einstellung
des Elektromotors auf Überlast das Umschalten vom Wandler- in den Kupplungsgang davon abhängig
machen, ob die thermische Belastbarkeit des Elektromotors das Umschalten in den Kupplungsgang zuläßt.
Praktisch bedeutet dies, daß das Hochschalten in den Kupplungsgang ausgelost wird, wenn zum Beispiel die
Temperatur der Motorwicklungen unterhalb eines bestimmten Wertes liegt oder diesen Wert gerade unterschreitet.
Durch die in den Ansprüchen 2 und 3 angegebenen Maßnahmen kann z. B. unter schwerster
Last eine lang anhaltende Steigung befahren werden, ohne daß dauernd der Wandlergang eingeschaltet
bleibt. Voraussetzung hierzu ist, daß bei jedem Zurückschalten in den Wandlergang gleichzeitig die Einstellung
des Elektromotors von Überlast auf Teiloder Dauerlast zurückgenommen wird. Hierdurch
wird die thermische Belastung des Motors reduziert, d. h. die Temperatur der Motorwicklungen nimmt ab,
so daß nach einer gewissen Zeit das Wiederhochschalten in den Kupplungsgang ausgelöst wird, wobei der
Elektromotor wieder auf Überlast eingestellt wird. Der Fahrzeugantrieb verbleibt in diesem Zustand bei
angenähert gleicher Zugkraftentwicklung, bis das Überschreiten einer bestimmten Motortemperatur
wieder das Zurückschalten in den Wandlergang erzwingt. Ein solches Hin- und Herpendeln zwischen
dem Wandler- und dem Kupplungsgang kann durchaus mehrmals stattfinden, etwa bis die zu befahrende
Steigung bezwungen ist.
Der erfindungsgemäße Fahrzeugantrieb hat u. a.
auch den wesentlichen Vorteil, daß er ein nur verhältnismäßig geringes Gewicht aufweist. Dadurch ist er
besonders für Höchstgeschwindigkeits-Fahrzeuge (ca. 300 km/h) geeignet. In diesem Zusammenhang ist die
Anwendung des Merkmals des Anspruches 4 (an sich bekannt aus DE-PS 1 133419) von Bedeutung, wonach
der Elektromotor und das hydrodynamische Getriebe im Fahrzeugkasten angeordnet und über Gelenkwellen
mit den Treibachsen verbunden sind. Dadurch wird nämlich erreicht, daß sowohl die ge
samte Fahrzeugmasse als auch die Drehgestellmassc besonders geringe Werte annehmen.
Nachfolgend werden die Möglichkeiten zur Gewichtsminderung aufgrund der erfindungsgemäßen
Hauweise nochmals zusammengefaßt:
Die Elektromotoren, der Transformator, die Schalteinrichtungen u. dgl. können besonders klein
dimensioniert werden, wr.il sip. nur auf Hie Stromabnahme
bei Dauerleistung oder bei einer verhältnismäßig kleinen zeitlich begrenzten Überleistung ausgelegt
zu werden brauchen und nicht auf die ansonsten in rein elektrischen Triebfahrzeugen auftretenden effektiven
Stromstärken infolge der Beschleunigungsoder Bremsleistungen. Außerdem braucht die Drehzahl
der Elektromotoren nur im Verhältnis von etwa 1 :2 verstellbar zu sein. Ferner besteht die Möglichkeit,
dif bewährten Einphasen-Kommutatormotoren verwenden zu können, wodurch auf die teure und
schwere Leistungselektronik verzichtet werden kann. Damit soll allerdings nicht ausgeschlossen sein, daß
der erfindungsgemäße Fahrzeugantrieb unter Umständen mit kommutatorlosen Drehstrommotoren
ausgerüstet wird.
Als weitere Vorteile sind zu nennen: Durch die hydrodynamische Drehmomentwandlung bieiben auch
häufige Anfahr- und Beschleunigungsvorgänge sowie gegebenenfalls Bremsungen ohne Rückwirkungen auf
das Netz; d. h. der Leistungsfaktor nimmt in allen Betriebszuständen einen günstigen Wert an. Ferner
bleibt ein etwaiger elektrischer Kurzschluß mit den hierbei auftretenden abnormal hohen Drehmomenten
durch die Hydrodynamik ohne gefährliche Auswirkungen auf das Antriebssystem. Im übrigen bietet der
erfindungsgemäßc Fahrzeugantrieb alle Vorzüge, die durch einen rein elektrischen Antrieb mit Leistungselektronik und kommutatorlosen Drehstrommotoren
erzielbar sind, nämlich: günstiges Zugkraftverhalten, geringe thermische Belastung der Elektromotoren
und insbesondere universelle Ersetzbarkeit der Lokomotive sowohl für Reisezüge als auch für Güterzüge.
Aus der Zeitschrift «Railway Gazette International«, 1975, Seite 397, ist es bereits bekannt, in einer
elektrischen Lokomotive den Elektromotor mit einem nachgeschalteten rein mechanischen Untersetzungsgetriebe
im Fahrzeugkasten anzuordnen und die Getriebeausgangswelle über eine Gelenkwelle mit der im
Drehgestell ruhenden Treibachse zu verbinden. Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß die nie
ganz vermeidbare Ungleichförmigkeit in der Drehbewegung
des Gelenkwellen-Mittelteiles den Haftreibungsbeiwert zwischen Rad und Schiene verringert,
und zwar deshalb, weil der Elektromotor mit seinem hohen Massenträgheitsmoment drehfest mit der Gelenkwelle
verbunden ist und sich die Ungleichförmigkeiten an der Motormasse abstützen. Dieser Nachteil
wird durch die Erfindung vermieden, da durch das Vorhandensein des hydrodynamischen Getriebes eine
drehfeste Verbindung /wischen dem Motor und der Gelenkwelle nicht besteht.
Wie im Anspruch I angegeben ist, erfolgt das Umschalten vom Wandler- in den Kupplungsgang in Abhängigkeit
vom Verhältnis zwischen der im Kupplungsgang erzielbaren Zugkraft und dem augenblicklichen
Fahrwiderstand. In diesem Zusammenhang ist eine vjitere Teilaufgabe zu lösen; es muß nämlich
eine Einrichtung zum kontinuierlichen Messen des Fahrwiderstandes geschaffen werden, dies gelingt gemäß
Anspruch 5 dadurch, daß in der Steuereinrichtung
die jeweils vom Fahrzeugantrieb erzeugte Zugkraft ermittelt wird (aus Informationen über die
Stellung des Motorleistimgsschalters und über die jeweilige
Fahrgeschwindigkeit) und daß die jeweilige Fahrzeugbeschleunigurig gcmssen und mit der beschleunigten
l'iihrr'eugniasse multipliziert wird. Die
Differenz zwischen der ermittelten Zugkraft und der uuicii uic IViüiupiiKrtiiOi'i gewurmenen f icscMicuiiigungskraft
ist sodann der jeweilige Fahrwiderstand.
Wie im Anspruch 2 angegeben ist. kann das Zurückschalten aus dem Kupplungs- in den Wandlergang
durch das Überschreiten der zulassigen thermischen Belastung des Elektromotors ausgelöst werden. Dies
kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung durch ein die Temperatur der Motor-Wicklungen erfassendes
Meßgerät bewirkt werden (Anspruch Ci) oder durch die im Anspruch 7 beschriebene Anordnung
mit einem die Leistungsaufnahme des Elektromotors erfassenden Meßgerät und mit einem Zeitmeßgerät.
Au'.iührungsbcispiele der Erfindung sind nachfolgend
anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt
Fig. I das Schema eines elcktrohydraulischcn Fahrzeugantriebes für eines der Drehgestelle einer
vierachsigen Lokomotive.
Fig. 2 das Zugkraft-Geschwindigkeits-Diagramm zu dem Fahrzeugantrieb nach Fig. I.
Der elektrohydraulisch^ Fahrzeugantrieb nach Fig. I umfaßt einen Elektromotor 20. der über Zahnräder
21 und 22 die Eingangswelle 23 eines hydrodynamischen Getriebes 24 antreibt. Dieses weist für ei
nen unteren Fahrgeschwindigkeitsbereich, d. h. für das Anfahren aus dem Stand und gegebenenfalls für
zwischenzeitliche Beschleur.igungsphasen oder für das Überwinden vor. Steigungen einen hydrodynamischen
Drehmomentwandler 25 und für den übrigen Traktionsbereich eine hydrodynamische Kupplung 26 auf.
Eine Ausgangswelle 27 des Getriebes 24 trägt eine hydrodynamische Bremse 28 und ist mit einem mechanischen
Wendegetriebe 29 verbunden, von dem je eine Gelenkwelle 30 zu den beiden Achsgetrieben
31 des Drehgestelles 32 führt.
Eine elektronische Schalteinrichtung für das hydrodynamische Getriebe 24 ist mit 33 bezeichnet.
Dieser Schalteinrichtung werden die folgenden Informationen zugeführt:
Von einem Drehzahlmesser 34 die Getriebeeingangsdrehzahl /I1; von einem weiteren Drehzahlmesser
35 die Getriebeausgangsdrehzahl /J2;
von einem im Elektromotor 20 vorgesehenen Meßgerät 36 die Temperatur T der Motowicklungen; von
einem vor Antritt jeder Fahrt einzustellenden Geber 37 die Fahrzeugmasse m (Lokomotive +Anhängelast);
von einem Beschleunigungsmeßgerät 38 die jeweilige Fahrzeugbeschleunigung b und schließlich die
Stellung des Motorieistungsschalter 39 (zur Vereinfachung der Darstellung ist angenommen, der Motorleistungsschalter
39 sei in der Schalteinrichtung 33 eingebaut).
Die Schalteinrichtung 33 dient zum automatischen Schalten der Gänge des hydrodynamischen Getriebes
24. Sie verarbeitet hierzu mit elektronischen Mitteln die eingegangenen Informationen und steuert dementsprechend,
wie nachfolgend im einzelnen beschrieben, das wechselweise Ein- und Ausschalten des
Wandlers 25 und der Kupplung 26. Das Übertragen tier Umschaltsignalc von der Schalteinrichtung 33 zum
hydrodynamischen Getriebe 24 ist in der Zeichnung lediglich symbolisch dargestellt durch die Steuerleitungen
40 und 41. Das Ein- und Ausschalten des Wandlers 25 und der Kupplung 26 erfolgt durch lullen
bzw. Entleeren. Die hierzu erforderlichen hydraulischen Steuerungselemente sind in der Zeichnung
nicht dargestellt.
Das Anfahren aus dem Stand erfolgt stets im Wandlergang. Zum Umschalten in den Kupplungs-
;ciitü .Mim Uli nein
vorgesehen, zu deren Erläuterung zunächst auf die Fig. 2 verwiesen wird. Dort bedeuten:
Ζλ/, die von dem Fahrzeugantrieb bei einge
Ζλ/, die von dem Fahrzeugantrieb bei einge
schalteter Kupplung 26 erzielbare Daucr-/ugkraft;
y.kl die bei eingeschalteter Kupplung und
beim Einstellen des Motors 20 auf Überlast vorübergehend, d. h. zum Beispiel für
die Dauer von IO Minuten erzielbare Zugkraft;
Zlw, die bei eingeschaltetem Wandler erzielbare
Daucr/.ugkraft. die im untersten Geschwindigkeitsbcreich
auf die ilaftungszugkraft // vermindert ist;
F11. /·,,, F1 Fahrwiderstände hei unterschiedlichen
F11. /·,,, F1 Fahrwiderstände hei unterschiedlichen
Steigungen;
ij]{ n der WirkungsgraddesDrchmomentwand-
lers bei auf Daucrlast eingestelltem Elektromotor.
Es sei angenommen, das Fahrzeug befinde sieh zunächst
auf der Fahrwidcrstandslinie Fa. Dann wird nach dem Anfahren etwa bei Erreichen des Punktes 9.
d. h. bei der Geschwindigkeit v9, vom Wandler- in den Kupplungsgang umgeschaltet. Jedoch wird der
Umschaltvorgang nicht einfach vom Erreichen der Geschwindigkeit v„ abhängig gemacht; vielmehr wird
in der Schalteinrichtung 33 der augenblickliche Fahrwiderstand F1, mit derjenigen Zugkraft Z' verglichen,
die bei der augenblicklichen Fahrgeschwindigkeit im Kupplungsgang erzielbar wäre. In dem Beispiel ist angenommen,
der Motorleistungsschalter 39 sei auf Dauerlast D eingestellt, weshalb bei dem genannten
Vergleich als die im Kupplungsgang erzielbare Zugkraft Z' die Dauerzugkraft ZKD eingesetzt wird. Es
wird dann das Umschalten in den Kupplungsgang davon abhängig gemacht, ob die im Kupplungsgang erzielbare
Zugkraft Z'gleich oder um einen bestimmten Betrag größer ist als der augenblickliche Fahrwiderstand
F9. Mit anderen Worten: Es kann vorgesehen werden, daß das Umschalten in den Kupplungsgang
dann erfolgt, wenn das Verhältnis zwischen der im Kupplungsgang erzielbaren Zugkraft Z' und dem augenblicklichen
Fahrwiderstand größer ist als ein bestimmter, oberhalb von 1 liegender Wert Z'/F. Hierbei
kann z. B. gefordert werden, daß dieser Verhältniswert größer als 1,5 sein soll. Man kann auch
für verschiedene Fahrgeschwindigkeiten ν unterschiedliche Verhältniswerte Z'/F festlegen und hierbei
vorsehen, daß z. B. bei der Geschwindigkeit v„
der Wert Z'/F= 2 und bei einer größeren Geschwindigkeit
v8 der Wert Z'//^beispielsweise = 1,4 sein soll.
In jedem Falle muß für das gemäß der Erfindung vorgesehene automatische Umschalten vom Wandlerin
den Kupplungsgang zunächst der jeweilige Fahrwiderstand erfaßt werden. Dieser wird gebildet als Differenz
aus de" augenblicklichen Werten Zugkraft im
Wandlergang,/.. B. ZW9 und Beschleunigungskraft ΒΨ
Die Zugkraft Zwg kann ermittelt werden aus der augenblicklichen
Fahrgeschwindigkeit v,, und aus der Stellung des Motorleistungsschalters 39, während sich
die Beschleunigungskraft /?9 als Produkt aus dem vorgegebenen
Wert für die Fahrzeugmasse m und aus dem laufend gemessenen V.'ert für die Beschleunigung
b ergibt. Die Differenz aus den beiden Werten ZIV9 und R9 ist dann der augenblickliche Fahrwiderstand
F11. Dieser wird nun mit der im Kupplungsgang
erzielbaren Zugkraft Z' verglichen.
Für den angenommenen Fall sieht man aus Fig. 2 ohne weiteres, daß Z' um ein Vielfaches größer ist
als F\, so daß die Schalteinrichtung nunmehr in den
Kupplungsgang umschaltet.
In Fig. 2 ist noch ein weiterer möglicher Betriebsfall dargestellt: Danach ist angenommen, das Fahrzeug
befahre mit der Geschwindigkeit vK eine starke
Steigung (Punkt 8 auf der Fahrwiderstandslinie F), wobei wie zuvor der Motor-Leistungsschalter 39 auf
Dauerlast eingestellt sei. Der Betriebspunkt 8 zeichnet sich dadurch aus, daß er im Schnittpunkt der Fahrwiderstandslinie
Fc mit der Wandler-Dauerzugkraft-Kennlinie ZWD liegt, el. h. in dem angenommenen Fall
ist eine Beschleunigungskraft nicht vorhanden. Auch hier wird in der Schalteinrichtung 33 der augenblickliche
Fahrwiderstand laufend mit derjenigen Zugkraft verglichen, die im Kupplungsgang erzielbar wäre. Der
augenblickliche Fahrwiderstand ist hier gleich der Zugkraft Zws, die ihrerseits wie bei dem zuvor beschriebenen
Beispiel aus der augenblicklichen Fahrgeschwindigkeit v8 und der Stellung des Motorleistungsschalters
39 ermittelt wird. Wie man sieht, ist der Fahrwiderstand größer als die im Kupplungsgang
erzielbare Zugkraft Z". Demzufolge sorgt die Schalteinrichtung 33 dafür, daß der Betriebspunkte im
Wandlergang gefahren wird.
Weiterhin sei nun angenommen, die Steigung werde flacher; dies bedeutet in dem angenommenen
Fall: Übergang bei zunächst gleichbleibender Geschwindigkeit V8 vom Betriebspunkt 8 auf den Betriebspunkt
7derFahrwiderstands!inie Fb. Hier ist der
Fahrwiderstand F1 wiederum gleich der Differenz aus
der augenblicklichen Wandler-Zugkraft Zwg und aus
der augenblicklichen Beschleunigungskraft B1. Da F1
kleiner ist als die im !Kupplungsgang erzielbare Zugkraft Z' oder (genauer gesagt:) da das Verhältnis ZV
F7 immerhin etwa 1,7 beträgt, wird die Schalteinrichtung
33 nunmehr das Umschalten vom Wandler- in den Kupplungsgang auslösen.
Es versteht sich, daß oberhalb einer bestimmten Grenzgeschwindigkeit (in Fig. 2 bei der Geschwin-
10
digkeit vb) ei,: Umschalten in den Wandlcrgang
grundsätzlich unterdrückt wird, weil man sonst in einem Bereich verhältnismäßig niedrigen Wirkungsgrades
fahren würde. Als diese Grenzgeschwindigkeit
"' wird man diejenige wählen, bei welcher die im Kupplungsgang erzielbare Dauerzugkraft ZKI) von ihrem
konstanten Bereich in den mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit abfallenden Bereich übergeht (Punkt 6
in Fig. 2). In entsprechender Weise wird beim Unter-
) schreiten einer bestimmten unteren Grenzgeschwindigkeit
(z. B. ι·,,) grundsätzlich in den Wandlergang umgeschaltet.
Wie in elektrischen Schienentriebfahrzeugen üblich, kann auch bei dem erfindungsgemäßen l'ahr-
. zeugantrieb vorgesehen werden, daß der Motoi leistungsschalter
39 wahlweise auf Überlast eingestellt werden kann (Stellung U). Hierdurch wird von den
Elektromotoren eine entsprechend höhere Zugkraft erzeugt. Dieser Zustand ist jedoch nur für eine kurze
> Zeitdauer von z. B. K) Minuten zulässig. Es kann vorgesehen werden, daß nach Ablauf dieser Zeitdauer
ein Warnlicht aufleuchtet oder ein selbsttätiges Zurückschalten auf Teil- oder Dauerlast stattfindet, damit
eine unzulässige Erwärmung der Motorwicklungen vermieden wird. Bei einem elektrohydraulischen
Antrieb gemäß der Erfindung ist das Umschalten auf Überlast grundsätzlich sowohl im Wandler- als auch
im Kupplungsgang möglich. Jedoch wird man das Umsteuern vom Wandler- in den Kupplungsgang, solange
der Motorleistungsschalter 39 auf Überlast eingestellt ist, nicht mehr von der Höhe des augenblicklichen
Fahrwiderstandes und der im Kupplungsgang möglichen Zugkraft abhängig machen, sondern von
der thermischen Belastung des Elektromotors. Es sei z. B. angenommen, bei eingeschaltetem Kupplungsgang
sei der Elektromotor auf Überlast eingestellt worden, etwa beim Befahren einer Steigung oder um
eine bestimmte Beschleunigung zu erzielen. Hierbei kann das Zurückschalten in den Wandlergang mit verschiedenen
Methoden ausgelöst werden: Entweder durch den Ablauf der vorgegebenen Zt.tdauer von
zum Beispiel 10 Minuten, wobei dafür gesorgt werden kann, daß gleichzeitig der Elektromotor automatisch
auf Teil- oder Dauerlast zurückgestellt wird; oder durch das Erreichen einer bestimmten Temperatur
der Motorwicklung. Auch bei der zuletzt genannten Methode kann gleichzeitig mit dem Zurückschalten
in den Wandlergang der Elektromotor automatisch auf Dauerlast zurückgestellt werden. Außerdem kann
hierbei dafür gesorgt werden, daß nach einem Rückgang der Temperatur auf einen bestimmten Wert das
Getriebe wieder in den Kupplungsgang und der Elektromotor wieder auf Überlast umgeschaltet werden,
selbstverständlich unter der Voraussetzung, daß der Motorleistungsschalter 39 nach wie vor die Stellung U
einnimmt.
Wie aus F i g. 2 ersichtlich, ist der Wandler 25 derart ausgelegt, daß die Linie ZWD im Punkt 6 in die Linie
ZKD mündet.
Hierzu 1 Blatt Zeichnuneen
Claims (7)
1. Fahrzeugantrieb, insbesondere für ein Schienenfahrzeug,
mit einem Elektromotor, dessen Drehzahl verstellbar ist, und mit einem hydrodynamischen
Getriebe, das einen hydrodynamischen Drehmomentwandler für einen »Wandlergang«
und eine den Wandler überbrückende Kupplung, vorzugsweise eine hydrodynamische Kupplung,
für einen »Kupplungsgang« und eine Einrichtung zum hydrodynamischen Bremsen umfaßt, ferner
mit einer Schalteinrichtung zum automatischen Schaltender Gänge durch wechselweises Ein- und
Ausschalten des Wandlers und der Kupplung, wobei in einem unteren Fahrgeschwindigkeitsbereich
stets der Wandlergang und in einem oberen Fahrgeschwindigkeitsbereich
stets der Kupplungsgang eingeschaltet ist, gekennzeichnet durch eine
derartige Ausbildung der Schalteinrichtung (33), daß inneröalb eines mittleren Fahrgeschwindigkeitsbereiches
(Geschwindigkeit v9 bis v6) das
Umschalten vom Wandler- in den Kupplungsgang davon abhängig gemacht ist, ob das Verhältnis
zwischen der jeweils im Kupplungsgang erzielbaren Zugkraft (Z1.) und dem jeweiligen Fahrwiderstand
(F) oberhalb eines bestimmten Wertes liegt, der mindestens gleich 1 ist, wobei die Schalteinrichtung
(33) Mittel umfaßt zum selbsttätigen Berechnen des jeweiligen (momentanen) Fahrwiderstandes
(F) nach der Formel F=ZW — m ■ b,
worin Zw die momentane Zugkraft im Wandlergang,
m die Fahrzeugmasse und b die momentane
Beschleunigung bedeuten.
2. Fahrzeugantrieb, desse- Elektromotor für eine begrenzte Zeitdauer auf Überlast einstellbar
ist, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des mittleren Fahrgeschwindigkeitsbereiches
das Zurückschalten vom Kupplungsin den Wandlergang durch ein Überschreiten
der zulässigen thermischen Belastung des Elektromotors ausgelöst wird, wobei gleichzeitig
ein Signal für die Zurücknahme der Einstellung des Elektromotors von Überlast auf Dauerlast
oder Teillast abgegeben wird.
3. Fahrzeugantrieb nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung der
Schalteinrichtung, daß das Hochschalten vom Wandler- in den Kupplungsgang nur bei Einstellung
des Elektromotors auf Teillast oder Dauerlast (Vollast) gemäß Anspruch 1, d. h. in Abhängigkeit
vom Verhältnis zwischen der im Kupplungsgang erzielbaren Zugkraft und dem jeweiligen
Fahrwiderstand, dagegen bei Einstellung des Elektromotors auf eine zeitlich begrenzte Überlast
in Abhängigkeit von der thermischen Belastbarkeit des Elektromotors ausgelöst wird.
4. Fahrzeugantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Elektromotor (20) und das hydrodynamische Getriebe (24) im Fahrzeugkasten angeordnet und
über Gelenkwellen (30) mit den in einem Drehgestell (32) gelagerten Treibachsen verbunden sind.
5. Fahrzeugantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung
des jeweiligen Fahrwiderstandes (F7 bzw. /■„) einerseits die jeweilige Zugkraft (Z1^8 bzw.
ZW9) bestimmt wird, und zwar aus der augenblick-
liehen Fahrgeschwindigkeit (v8 bzw. V9) und aus
der augenblicklichen Stellung des Motorleistungsschalters (39), und andererseits ein die Fahrzeugbeschleunigung
(b) erfassendes Meßgerät (38) sowie eine Einrichtung vorgesehen sind zur Bildung
des Produktes aus der jeweiligen Beschleunigung (b) und der beschleunigten Fahrzeugmasse (m),
und daß eine Einrichtung zur Bildung der Differenz zwischen der jeweiligen Zugkraft .ind dem
genannten Produkt (der Beschleunigungskraft B1
bzw. B9) vorgesehen ist.
6. Fahrzeugantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
Elektromotor (20) ein die Temperatur seiner Wicklungen erfassendes Meßgerät (36) aufweist,
das beim Überschreiten einer bestimmten Temperatur das Zurückschalten aus dem Kupplungsgang
in den Wandlergang auslöst.
7. Fahrzeugantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schalteinrichtung ein die Leistungsaufnahme des Elektromotors (20) erfassendes Meßgerät sowie
ein Zeitmeßgerät umfaßt, und daß die beiden Meßgeräte derart zusammengeschaltet sind, daß
sie gemeinsam beim Überschreiten einer bestimmten Zeitdauer eines bestimmten Leistungsaufnahme-Wertes
das Umschalten des Getriebes vom Kupplungsgang in den Wandlergang auslösen.
Priority Applications (7)
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