DE2618073B2

DE2618073B2 - Fahrzeugantrieb, insbesondere für ein Schienenfahrzeug

Info

Publication number: DE2618073B2
Application number: DE2618073A
Authority: DE
Inventors: Helmut 7920 Heidenheim Mueller
Original assignee: Voith Getriebe KG
Current assignee: Voith Getriebe KG
Priority date: 1976-04-24
Filing date: 1976-04-24
Publication date: 1980-01-17
Also published as: US4169414A; GB1540012A; HU176177B; JPS52131311A; DE2618073A1; IT1073608B; FR2348833B1; FR2348833A1; DE2618073C3

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

IJVMIII ICtKJIICII JVl dLI I IcI I If I IC 11

vorgesehen, zu deren Erläuterung zunächst auf die Fig. 2 verwiesen wird. Dort bedeuten:
Ζ_λ/, 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;

Z_lw, die bei eingeschaltetem Wandler erzielbare Daucr/.ugkraft. die im untersten Geschwindigkeitsbcreich auf die ilaftungszugkraft // vermindert ist;
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 F_a. 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 Z_KD 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. Z_W9 und Beschleunigungskraft Β_Ψ Die Zugkraft Z_wg 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 Z_IV9 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 v_K 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 F_c mit der Wandler-Dauerzugkraft-Kennlinie Z_WD 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 Z_ws, 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 F_b. Hier ist der Fahrwiderstand F₁ wiederum gleich der Differenz aus der augenblicklichen Wandler-Zugkraft Z_wg 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 v_b) 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 Z_KI) 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 Z_WD im Punkt 6 in die Linie Z_KD mündet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnuneen

Claims

Patentansprüche:

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=Z_W — m ■ b, worin Z_w 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. Z_W9) 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.