Schienenfahrzeugantriebssystem und Verfahren zur Anpassung einer Getriebebaueinheit an das Kennfeld einer Gasturbine in einem Schienenfahrzeugantriebssystem
Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeugantriebssystem, insbesondere Antriebssystem für brennkraftgetriebene Schienenfahrzeuge, im Einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1; ferner ein Verfahren zur Anpassung der Arbeitsweise einer Getriebebaueinheit an das Kennfeld einer Gasturbine in einem derartigen Schienenfahrzeugantriebssystem.
Schienenfahrzeugantriebssysteme sind in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt. Stellvertretend wird auf die Voith-Druckschrift „Auf den Schienen der Welt" G 1703 8.2001 verwiesen. Allen gemeinsam ist, dass über eine Antriebsmaschine, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine die anzutreibenden Räder, welche in der Regel in Drehgestellen gelagert sind, mit Leistung versorgt werden. Der Leistungsfluss erfolgt dabei über ein Getriebe und mit diesem gekoppelten Wellensträngen. Entsprechend der verwendeten Antriebsmaschine, die bei brennkraftgetriebenen Schienenfahrzeugen überwiegend als Dieselmotor ausgeführt ist, erfolgt die Auslegung des Getriebes, um die mit der Antriebsmaschine bereitstellbare Leistung traktionsgerecht übertragen zu können. Üblicherweise finden dabei hydrodynamische Mehrkreislaufgetriebe Verwendung, die je nach Ausgestaltung entweder mit einem Läufer oder als Doppelgetriebe ausgeführt sind. Im letztgenannten Fall sind in der Regel zwei Läufer vorgesehen, wobei unter Läufer die Einheit aus einem oder mehreren koaxial zueinander angeordneten hydrodynamischen Bauelementen zu verstehen ist, bei welchen es sich in der Regel um hydrodynamische Kupplungen oder Drehzahl-/Drehmomentwandler handelt. Bei Ausführungen mit nur einem Läufer erfolgt die Auslegung immer konkret auf einen bestimmten Antriebsfall in einem bestimmten Leistungsbereich bezogen. Der einzelne Läufer ist dabei hinsichtlich der Leistungsübertragung für den gesamten Geschwindigkeitsbereich konzipiert. Dies bedeutet, dass zum einen mit den einzelnen Elementen jeweils relativ große Bereiche des Gesamtgeschwindigkeitsbereiches abgedeckt werden
müssen, was sich wiederum in einer entsprechenden Auslegung der hydrodynamischen Komponente, insbesondere des hydrodynamischen Drehzahl- /Drehmomentwandlers niederschlägt. Die Ausführungen in Form eines Doppelgetriebes mit zwei parallel zueinander angeordneten Läufern können dabei als Splitgetriebe zur Aufteilung der Leistung auf die anzutreibenden Räder in unterschiedlichen Drehgestellen konzipiert und/oder durch eine konkrete Zuordnung eines bestimmten Gangbereiches im Traktionsbetrieb zu einem hydrodynamischen Bauelement eines Läufers charakterisiert sein. In diesem letzteren Fall ist jedem der beiden Läufer ein Wendegetriebe nachgeordnet, wobei in der Regel die Leistungsübertragung parallel über beide Läufer erfolgt. Eine andere Ausführung weist ebenfalls zwei Läufer auf, umfassend wenigstens jeweils einen Drehzahl-/Drehmomentwandler. Beide Läufer sind dabei jedoch durch die gleiche Leistung charakterisiert und werden im Fahrbetrieb ausdrücklich alternativ eingeschaltet, wobei jeder Fahrtrichtung durch nachgeschaltete unveränderliche Abtriebsräderketten ein Läufer zugeordnet ist. Ein Wendegetriebe entfällt in diesem Fall.
Die beschriebenen Ausführungen bedingen, dass die Auslegung des einzelnen Läufers oder der Läufer speziell auf den konkreten Antriebsfall bezogen erfolgen muss, beispielsweise in Bezug auf die maximal übertragbare Leistung, wobei immer gewährleistet werden muss, dass der jeweilige Läufer den gesamten Geschwindigkeitsbereich überstreichen kann. Dies führt jedoch dazu, dass im Hochleistungsbereich von Dieselmotoren und insbesondere bei Gasturbinen zunehmend Schwierigkeiten auftreten, die Zusammenarbeit von Kraftmaschine und Leistungsübertragung entsprechend den ihnen innewohnenden physikalischen Gesetzmäßigkeiten optimal aufeinander abzustimmen. Auch ist eine Leistungsstaffelung nicht möglich, so dass das Kennfeld einer Antriebsmaschine nicht optimal genutzt werden kann.
Ferner sind auch Schienenfahrzeugantriebssysteme bekannt, bei welchen die Leistung von einer Gasturbine bereitgestellt wird, die über ein mechanisches Getriebe auf die anzutreibenden Räder übertragen wird.
Eine Ausführung eines Triebwagens der Baureihe VT 602 mit hydrodynamischer Leistungsübertragung ist beispielsweise aus der Druckschrift „Voith-Turbogetriebe 1930 - 1985 Teil 2 Triebwagengetriebe" S.172, Ausgabe 2004, oder aus der Zeitschrift Eisenbahn-Kurier spezial 72 "Deutsche Diesellokomotiven" Ausgabe I/2004 vorbekannt. Hier ist die Gasturbine mit einem Getriebe, umfassend einen Läufer, der für den gesamten Geschwindigkeitsbereich konzipiert ist, gekoppelt. Auch hier ist der einzelne Läufer, dem ein Wendegetriebe nachgeschaltet ist, für den gesamten Arbeitsbereich der Antriebsmaschine bei gewünschter Ausnutzung dessen auszulegen. Ein Nachteil dieser bekannten Ausführung besteht noch darin, dass zum einen die mit der verwendeten Gasturbine bereitzustellende Leistung relativ klein ist und damit im heute üblichen Verständnis nicht als Hochleistungsantrieb bezeichnet werden kann. Ein weiterer Nachteil bestand darin, dass die Gasturbine eine Zwei-Wellen-Turbine war und keinen Wärmetauscher zur Rückgewinnung der Abgasenergie besaß, so dass sie zwar leicht baute, aber bezüglich Anschaffungs- und Betriebskosten nicht mit heute verfügbaren Dieselmotoren gleicher Leistung konkurrieren könnte. Bei Einsatz von Gasturbinen mit höherer Leistung, die gegenüber vergleichbaren Dieselmotoren entsprechend kleiner bauen und dem modernen Anforderungsprofil entsprechend als Ein-Wellen-Maschine ausgeführt sind, ist jedoch keine optimale Anpassung des Getriebes an die Kennlinie der Antriebsmaschine gewährleistet. Insbesondere ist der nutzbare Leistungsbereich so stark eingeschränkt, dass er nicht den Traktionsanforderungen entspricht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schienenfahrzeugantriebssystem der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die genannten Nachteile vermieden werden. Insbesondere ist auf ein Antriebssystem abzustellen, welches in der Lage ist, zum
einen mittels der Antriebsmaschine sehr hohe Leistungen bereitzustellen und ferner durch eine optimale Anpassung an die Besonderheiten einer Antriebsmaschine hoher Leistung charakterisiert sind. Dabei ist insbesondere der gesamte Kennfeldbereich der Antriebsmaschine abzudecken und eine Leistungsübertragung (auch hoher Momente) über einen breiten Drehzahlbereich zu gewährleisten.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 10 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Das Schienenfahrzeugantriebssystem umfasst eine in Form einer Gasturbine, vorzugsweise einer einwelligen Gasturbine ausgeführte Antriebsmaschine, die mit den anzutreibenden Rädern über eine Getriebebaueinheit verbindbar ist. Die Getriebebaueinheit ist dabei erfindungsgemäß als hydrodynamisches Mehrkreislaufgetriebe ausgeführt, umfassend wenigstens zwei in Kraftflussrichtung parallel angeordnete Läufer, umfassend wenigstens jeweils einen hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler. Den Läufern ist ein gemeinsames Wendegetriebe nachgeschaltet und es sind Mittel zur wahlweisen Aktivierung oder Deaktivierung der Leistungsübertragung über einen einzelnen Läufer zum Wendegetriebe oder der gemeinsamen Leistungsübertragung über beide Läufer zum Wendegetriebe vorgesehen.
Jeder Läufer umfasst dazu zwei koaxial zueinander angeordnete hydrodynamische Bauelemente, wobei wenigstens eines als hydrodynamischer Drehzahl-/Drehmomentwandler ausgeführt ist. Jedes hydrodynamische Bauelement umfasst wenigstens ein Primärrad und ein Sekundärrad, wobei die Primärräder eines Läufers miteinander drehfest verbunden sind und die Sekundärräder eines Läufers drehfest mit sogenannten Läuferwellen gekoppelt sind, die wiederum mit dem Wendegetriebe verbindbar sind. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung umfasst jeder einzelne Läufer jeweils zwei
Drehzahl-/Drehmomentwandler, die einzelnen Funktionsbereichen zugeordnet sind. So fungiert ein erster Drehzahl-/Drehmomentwandler in der Regel als Anfahrwandler, während die Leistungsübertragung im oberen Geschwindigkeitsbereich hauptsächlich über den zweiten Wandler erfolgt, der als Marschwandler ausgeführt ist.
Die wahlweise Aktivierung und Deaktivierung der Leistungsübertragung über lediglich einen der beiden Läufer oder über beide ermöglicht es, dass bei gleicher Auslegung der einzelnen Läufer zumindest zwei Leistungsbereiche realisiert werden können, wobei ein erster Bereich durch die über einen Läufer maximal übertragbare Gesamtleistung charakterisiert ist, während der zweite Leistungsbereich durch die Summe der über beide Läufer übertragbaren Gesamtleistung charakterisiert ist. Diesbezüglich können dann beide Läufer hinsichtlich ihres Aufbaus für geringere Leistungen ausgelegt sein, somit weniger Bauraum beanspruchen und vorteilhaft geometrisch angeordnet werden. Dies gilt insbesondere bei Kenntnis der Zusammenhänge zwischen dem übertragbaren Moment und der Dimension eines hydrodynamischen Kreislaufes. In diesem Fall können beide Läufer auch gegeneinander oder Läufer anderer Getriebe austauschbar sein, so dass hier für einen bestehenden Getriebetyp oder einen Getriebetyp mit etwa halber Leistung in optimaler Weise eine einfache Lagerhaltung möglich ist.
Bei vorzugsweise erfolgender Auslegung der einzelnen Läufer mit unterschiedlicher Leistungsaufnahmecharakteristik, d. h. der erste Läufer ist beispielsweise zur Aufnahme einer geringeren Gesamtleistung konzipiert als der zweite Läufer, können somit mit der Getriebebaueinheit drei Leistungsbereiche überdeckt werden, die durch die wahlweise Aktivierung der einzelnen Läufer und die Zuschaltung des jeweils anderen Läufers zu einem bereits aktivierten Läufer erzeugt werden können. Entscheidend ist dabei lediglich, dass die Leistungsaufnahmecharakteristik der einzelnen Läufer dahingehend festgelegt ist, dass hier im Zusammenwirken mit der Gasturbine Leistungsbereiche überstrichen
werden, die über einen weiten Drehzahlbereich eine Betriebsweise der Gasturbine und des jeweiligen Läufers ermöglichen, die im optimalen Bereich liegen.
Die Mittel zur wahlweisen Aktivierung oder Deaktivierung der Leistungsübertragung über lediglich einen der beiden Läufer oder beide Läufer können durch mechanische Komponenten realisiert werden oder vorzugsweise hydrodynamisch. Im letztgenannten Fall umfassen diese Mittel zur wahlweisen Aktivierung oder Deaktivierung der einzelnen Drehzahl-/Drehmomentwandler, wobei es sich hierbei in der Regel um Stelleinrichtungen zur Steuerung der Befüllung und/oder Entleerung eines Drehzahl-/Drehmomentwandlers handelt. Diese Lösung bietet den Vorteil, dass zusätzlich keine Schaltelemente zur wahlweisen Kopplung oder Entkopplung der einzelnen Läufer der Leistungsübertragung vorzusehen sind und alle mechanischen Verbindungen bei Realisierung der wahlweisen Aktivierung oder Deaktivierung der Leistungsübertragung über lediglich einen der beiden Läufer oder beide Läufer beibehalten werden können. Im erstgenannten Fall umfassen die Mittel mechanische Schaltelemente, die in der Verbindung zwischen den einzelnen Drehzahl-/Drehmomentwandlern und dem Eingang des Getriebes vorgesehen sind. Diesbezüglich sind unterschiedliche Anordnungen denkbar. Z. B. handelt es sich um formschlüssige oder kraftschlüssige Kupplungen.
Das erfindungsgemäß gestaltete Schienenfahrzeugantriebssystem ist dadurch charakterisiert, dass zum einen die Antriebsmaschine und das hydrodynamische Mehrkreislaufgetriebe bei höherer Leistungskapazität in den bestehenden Bauraum bereits vorhandener Schienenfahrzeuge bzw. hydraulischer Antriebssysteme eingepasst werden können, ohne dass bezüglich des Bauraumes erhebliche Modifikationen vorzunehmen sind. Ferner können die bei bestehendem Schienenfahrzeug installierten Kühleinrichtungen als ausreichend angesehen werden, da eine separate Kühlung der Antriebsmaschine durch einen entsprechenden Kühlmittelkreislauf nicht unbedingt erforderlich ist. Die Gasturbine
benötigt keine separate Kühlanlage und für das hydrodynamische Getriebe kann hier in üblicherweise auf Luftkühlung zurückgegriffen werden.
Um eine Getriebebaueinheit mit der Antriebsmaschine hinsichtlich ihres Zusammenwirkens in optimaler Weise aufeinander abzustimmen, werden die einzelnen Läufer jeweils für den gesamten Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeuges ausgelegt und entsprechend ihrer jeweiligen übertragbaren Gesamtleistung wahlweise einzeln oder aber gemeinsam aktiviert bzw. deaktiviert. Somit ist es möglich, hier eine Registerschaltung zu erzielen, die es erlaubt, im unteren Leistungsbereich lediglich den ersten Läufer zu aktivieren und die Gasturbine mit den für untere Laststufen notwendigen niedrigen Drehzahlen zu betreiben, in einem mittlern Leistungsbereich den zweiten Läufer, der eine größere Gesamtleistung übertragen kann (und dabei den Betrieb der Gasturbine im verbrauchsoptimalen Bereich belastet) und für den Hochleistungsbereich die Leistungsübertragung über beide Läufer gemeinsam vorzunehmen.
Erfindungsgemäß ist es dabei möglich, entsprechend den erforderlichen Einsatzerfordernissen und der konkreten Auslegung der einzelnen Läufer auch die Schaltbarkeit dieser zu variieren. So ist es denkbar, bei entsprechender Auslegung über den gesamten Geschwindigkeitsbereich zuerst den Läufer mit höherer Leistungsübertragbarkeit zu aktivieren und lediglich für den geringer benutzten Hochleistungsgeschwindigkeitsbereich den Läufer mit der geringeren Leistungsaufnahmekapazität zuzuschalten.
Die erfindungsgemäße Lösung ist in besonders vorteilhafter Weise für den Einsatz von Schienenfahrzeugen konzipiert. Diese ermöglicht es mit unerheblichem Bauraummehrbedarf wesentlich höhere Leistungen gegenüber den konventionellen Leistungen zu installieren und zu übertragen. Ferner ist die Ansteuerung die einzelnen Läufer entsprechend den Einsatzerfordernissen wählbar, wobei auch hier von der normalen Registerschaltung, d. h. der Nacheinanderinbetriebnahme abgesehen werden kann und diverse
Schaltstrategien entwickelt werden können, um optimaler das Kennfeld der Gasturbine auszunutzen.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
Figur 1 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung anhand einer Seitenansicht ein Schienenfahrzeug mit erfindungsgemäßem Antriebssystem;
Figur 2 verdeutlicht eine mögliche besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer Getriebebaueinheit für ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeugantriebssystem;
Figuren 3 und 4 verdeutlichen anhand eines Kennfelds einer Gasturbine die Optimierung der Zusammenarbeit zwischen dieser und der Getriebebaueinheit durch entsprechende Konzeption der Läufer.
Die Figur 1 verdeutlicht anhand einer Seitenansicht auf ein Schienenfahrzeug 1 ein erfindungsgemäß gestaltetes Schienenfahrzeugantriebssystem 2. Das Schienenfahrzeug 1 umfasst eine Mehrzahl von auf Achsen gelagerten Rädern 3, die über das Schienenfahrzeugsantriebssystem 2 angetrieben werden. Das Schienenfahrzeugantriebsystem umfasst eine Antriebsmaschine 4, welche erfindungsgemäß als einwellige Gasturbine 5 ausgeführt ist. Diese ist über eine Getriebebaueinheit 6 mit den anzutreibenden Rädern 3, insbesondere den Achsen, gekoppelt. Dazu weist die Getriebebaueinheit 6 einen Eingang 8 auf, der wenigstens mittelbar drehfest mit der Welle 9 der Gasturbine 5 verbunden ist. Ferner weist die Getriebebaueinheit 6 zwei Ausgänge 10.1 und 10.2 auf, die über Wellenstränge 11 , hier die Wellenstränge 11.1 und 11.2, wenigstens mittelbar mit den anzutreibenden Rädern, vorzugsweise über weitere Radsatzgetriebe 12
gekoppelt sind. Dabei wird vorzugsweise die Leistung an den Ausgängen 10.1 und 10.2 gleich auf die anzutreibenden Räder 3 aufgeteilt. Im dargestellten Fall sind zwei Drehgestelle 13 und 14 vorgesehen, an denen mindestens zwei Achsen, hier für das Drehgestell 13 die Achsen 15.1, 15.2 und 15.3 und das Drehgestell 14 die Achsen 16.1 , 16.2 und 16.3 gelagert sind. Die Ausgänge 10.1 und 10.2 der Getriebebaueinheit 6 sind dabei zwischen beiden Drehgestellen 13 und 14 angeordnet und entgegengesetzt zueinander ausgerichtet. Die Ausgänge 10.1 und 10.2 sind dabei mit jeweils einem Drehgestell 13 bzw. 14 drehfest verbunden. Die Kopplung erfolgt über die Wellenstränge 11.1 und 11.2 in Form von Gelenkwellen. Über die Getriebebaueinheit 6 wird die von der Gasturbine 5 eingebrachte Antriebsleistung gleichmäßig auf die beiden Drehgestelle 13 und 14, insbesondere die dort gelagerten Achsen 15.1 bis 15.3 bzw. 16.1 bis 16.3 aufgeteilt. Die einzelnen Achsen 15.1 bis 15.3 und 16.1 bis 16.3 der Drehgestelle 13 und 14 sind ebenfalls wieder über Wellenstränge miteinander gekoppelt. Die Aufteilung erfolgt über jeweils wenigstens ein, jeder Achse 15.1 bis 15.3 bzw. 16.1 bis 16.3 zugeordnetes Radsatzgetriebe 12.1 bis 12.3 an den Achsen des Drehgestells 13 und 12.4 bis 12.6 an den Achsen 16.1 bis 16.3 des Drehgestells 14. Diese umfassen in der Regel jeweils wenigstens eine Verteilergetriebeeinheit.
Die Antriebsmaschine ist erfindungsgemäß als einwellige Gasturbine 5 ausgeführt. Diese umfasst einen Verdichter 17, wenigstens eine Brennkammer 18 und eine Turbine 19, die sowohl den Verdichter 17 antreibt als auch die Nutzleistung an der Welle 9 abgibt. Dazu ist die Turbine 19 auf der Welle 9 gelagert, auf welcher ebenfalls der Verdichter 17 gelagert ist. Der einwelligen Gasturbine 5 zugeordnet ist ferner ein Wärmetauscher 20. Die Gasturbine 5 ist dabei am Schienenfahrzeug 1 derart angeordnet, dass diese in den ansonsten zur Verfügung stehenden Platz einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors integriert ist. Ferner vorhanden ist ein Kühlanlagenlüfter 21 und Kühlerradiatoren 22. Ferner der Gasturbine 5 zugeordnet ist eine Filtereinrichtung 23 in Form eines Verbrennungsluftfilters.
Um die über eine Gasturbine 5 bereitgestellte Leistung optimal ausnutzen zu können, ist die Getriebebaueinheit 6 erfindungsgemäß als hydrodynamisches Mehrkreislaufgetriebe 24 in Form eines hydrodynamischen Doppelgetriebes 25 ausgeführt, umfassend wenigstens zwei Läufer, einen ersten Läufer 26 und einen zweiten Läufer 27, die jeweils wenigstens einen hydrodynamischen Drehzahl- ZDrehmomentwandler 28 bzw. 29 umfassen, vorzugsweise zwei koaxial zueinander angeordnete hydrodynamische Kreisläufe in Form von hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandlem. Diese sind für den Läufer 26 mit 28 und 30 und für den Läufer 27 mit 29 und 31 bezeichnet. Dabei sind die einzelnen Drehzahl-/Drehmomentwandler 28 und 30 des Läufers 26 und 29 und 31 des Läufers 27 jeweils für unterschiedliche Geschwindigkeitsbereiche bzw. Betriebsbereiche einsetzbar. Im Allgemeinen wird dabei einer der Drehzahl- ZDrehmomentwandler, vorzugsweise der hydrodynamische Drehzahl- ZDrehmomentwandler 28 und 29, jeweils als Anfahrwandler konzipiert sein, während die hydrodynamischen Drehzahl-ZDrehmomentwandler 30 des Läufers 26 und 31 des Läufers 27 als sogenannte Marschwandler fungieren. Andere Ausführungen der Läufer 26 und 27 sind ebenfalls denkbar. Vorzugsweise werden jedoch immer Läuferanordnungen gewählt, die jeweils wenigstens einen hydrodynamischen Drehzahl-ZDrehmomentwandler umfassen. Die beiden Läufer. 26 und 27 sind dabei im Kraftfluss parallel angeordnet und mit dem Eingang 8 der Getriebebaueinheit 6 verbunden. Die Kopplung kann mechanisch drehfest erfolgen, wobei diese wenigstens mittelbar über eine Anpassstufe erfolgt, da die bei Dieselmotoren übliche Übersetzung sich beim Gasturbinenantrieb in eine Untersetzung umkehrt, wobei beide Läufer 26, 27 in der gleichen Richtung angetrieben werden. Ferner sind die beiden Läufer 26 und 27 mit dem Ausgang bzw. den miteinander direkt gekoppelten Ausgängen 10.1 und 10.2 über ein Wendegetriebe 32 verbunden. Die Verbindung mit dem Wendegetriebe 32 mit den Läufern 26 und 27 erfolgt dabei derart, dass die Leistung eines einzelnen Läufers 26 oder 27 jeweils für sich allein oder aber beider Läufer gemeinsam zu den Ausgängen 10.1 und 10.2 übertragen wird. Dabei erfolgt die Aufteilung nur mit den Läufern. Der Eingang des Wendegetriebes 32 erhält immer die gerade
bereitgestellte Leistung, die gleichmäßig auf den Ausgang 10 der Getriebebaueinheit 6 selbst übertragen wird. Erfindungsgemäß ist zusätzlich eine Steuervorrichtung 33 vorgesehen, die die Wirkungsweise der Getriebebaueinheit 6 mit der Antriebsmaschine in Form der einwelligen Gasturbine 5 aufeinander abstimmt. Dabei wird unter Steuervorrichtung die Gesamtheit aus einer Steuereinrichtung 34, die in der Regel in Form eines Steuergerätes vorliegt oder aber in Form eines virtuellen Steuergerätes aus einer Vielzahl von räumlich getrennt angeordneten Komponenten, die der Ausführung von Steuerfunktionen dienen und den Einrichtungen zur Erfassung von Eingangsgrößen für die Steuereinrichtung 34, der Stelleinrichtungen und der Verbindungen zu den Erfassungseinrichtungen sowie den Stelleinrichtungen verstanden. Die Steuereinrichtung 34 kann dabei speziell nur der Getriebebaueinheit 6 zugeordnet sein. In diesem Fall handelt es sich um die Getriebesteuereinheit. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass diese von einer zentralen Fahrsteuerung gebildet wird oder aber dieser in entsprechender weise untergeordnet ist. Die Steuervorrichtung 33 dient dabei der wahlweisen einzelnen Zuschaltung der Läufer 26 oder 27 oder der gemeinsamen, in Abhängigkeit der Einsatzerfordernisse, wobei deren Abtriebsleistung entweder einzeln oder gemeinsam dem Ausgang 10 zugeführt wird. Entsprechend der Ausgestaltung der Getriebebaueinheit 6 kann die Zuschaltung bzw. Aktivierung und Deaktivierung der einzelnen Läufer 26, 27 durch die mechanische Kopplung und Entkopplung dieser vom Eingang 8 erfolgen. Die andere Möglichkeit besteht darin, bei fortlaufender mechanischer Kopplung zwischen dem Eingang 8 und den einzelnen Läufern 26 und 27 sowie dem Wendegetriebe 32 die Aktivierung oder Deaktivierung der einzelnen Läufer 26, 27 durch die entsprechende Ansteuerung entweder der einzelnen hydrodynamischen Drehzahl-ZDrehmomentwandler 28 bis 31 zu bewerkstelligen oder bei entsprechender Ausgestaltung die Mittel zur Aktivierung oder Deaktivierung der einzelnen Läufer 26 und 27 zwecks Anpassung an das Kennfeld der Gasturbine 5 zu nutzen. Dies ist beispielsweise in der Figur 3 in schematisch vereinfachter Darstellung anhand einer Beispielkennlinie für eine Gasturbine wiedergegeben. Das Kennfeld verdeutlicht dabei die Leistung P über
der Drehzahl. Die Kennlinie I verdeutlicht dabei die mögliche Grenzkennlinie der Gasturbine 5, die den minimal zulässigen unteren Drehzahlen bzw. bei der jeweiligen Drehzahl der der maximal bereitstellbaren Leistung entspricht. Zur Anpassung des Getriebes an die Gasturbine 5 werden erfindungsgemäß die einzelnen Läufer 26, 27 nach Art einer Registerschaltung betätigt. Dies setzt voraus, dass die Läufer einzeln oder aber gemeinsam mit dem Ausgang verbunden sind. Die Leistungsübertragung erfolgt dabei entweder einzeln über einen der Läufer 26 oder 27 oder über beide Läufer 26 und 27 gemeinsam. Die Figur 2 verdeutlicht dabei anhand eines Kennfeldes einer Gasturbine die Anpassung des Getriebes 6 mit Ausführung der beiden Läufer 26 und 27 mit unterschiedlicher Leistungsaufnahmecharakteristik. So ist beispielsweise der erste Läufer 26 für eine theoretisch übertragbare Leistung von 1500 kW ausgelegt, während der zweite Läufer hinsichtlich der Leistungsübertragung für eine übertragbare Leistung von 2500 kW ausgelegt ist. Dies erfolgt im einfachsten Fall durch die entsprechende Auslegung der einzelnen Drehzahl-ZDrehmomentwandler 28 bis 31 oder aber durch Ausgestaltung der Verbindung zwischen den einzelnen jeweiligen Läufern 26 und 27 und dem Eingang 8, z.B. in Gestalt unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse vom Eingang 8 zu den beiden Läufern. Demnach wird während des Anfahrvorganges zuerst der erste Läufer mit der geringeren Leistung entsprechend dem Kurvenverlauf II aktiviert, wobei im dargestellten Bereich bei Überschreiten einer bestimmten Leistung, der eine bestimmte Drehzahl „n" zugeordnet ist, eine Umschaltung auf den zweiten Läufer 27 erfolgt, dessen Kennlinie hier mit III bezeichnet ist. Bei weiterer Leistungsanforderung entsprechend dem Verlauf der Kurve III wird bei Erreichen der Nenndrehzahl (nahe der oberen Grenzdrehzahl der Gasturbine) eine Zuschaltung wiederum des ersten Läufers parallel zum zweiten Läufer 27 vorgenommen. Hiermit wird somit eine Art Registerschaltung betrieben, die entsprechend der Betriebspunkte im Kennfeld die Aktivierung und Deaktivierung der einzelnen Läufer 26 und 27 ermöglicht, wobei immer der für die Gasturbine zulässige Betriebsbereich eingehalten und ein Optimalbereich angestrebt wird. Damit kann durch diese Art Registerschaltung der Unterschied zwischen der Drehmoment-
ZDrehzahlcharakteristik des einzelnen Drehzahl-ZDrehmomentwandlers bzw. Läufers und derjenigen einer Kraft- bzw. einer Arbeitsmaschine ausgeglichen werden.
Eine andere Möglichkeit verdeutlicht die Figur 4. In diesem Kennfeld ist die Anpassung der Getriebebaueinheit 6 an die Kennlinie der Gasturbine 5 über zwei Läufer mit gleicher Leistungsaufnahmecharakteristik dargestellt. Daraus wird ersichtlich, dass zu Beginn lediglich einer der beiden Läufer 26 oder 27 aktiviert ist, dessen Leistungsaufnahme hinreichend weit entfernt von den kritischen unteren Lastdrehzahlen der Gasturbine. Bei Erreichen eines Betriebspunktes im ungünstigen Kennfeldbereich bzw. bei Höchstdrehzahl erfolgt eine Zuschaltung des jeweils zweiten Läufers 27 oder 26, wobei die durch die Zuschaltung beider Läufer beschreibbare Leistungscharakteristik hier durch die Kennlinie V beschrieben ist. Diese verläuft möglichst im verbrauchsoptimalen Betriebsbereich der Gasturbine 5, wobei jedoch eine Zuschaltung erst ab einer bestimmten Drehzahl der Gasturbine 5 möglich wird und bei Nenndrehzahl auch die Nennleistung bzw. Höchstleistung erreicht wird.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es somit möglich, wenigstens zwei Leistungsbereiche festzulegen, vorzugsweise drei, in denen jeweils ein stabiles Zusammenarbeiten der Gasturbine 5 mit der Getriebebaueinheit 6 möglich ist. Dabei wird ein erster unterer Leistungsbereich immer mit dem Läufer 26 oder 27 abgedeckt, der die geringere Leistung übertragen kann. Dabei überdeckt bei Ausführung des Läufers mit zwei Drehzahl-ZDrehmomentwandlern dieser den gesamten Geschwindigkeitsbereich des Schienenfahrzeuges. Der obere Leistungsbereich wird immer mit zwei Läufern abgedeckt. Diese überdecken mit ihren beiden Drehzahl-ZDrehmomentwandlern 28 und 30 bzw. 29 und 31 den gesamten Geschwindigkeitsbereich des Schienenfahrzeuges quasi unabhängig voneinander. Bei unterschiedlicher Auslegung beider Läufer 26 und 27 ist des weiteren ein mittlerer Leistungsbereich möglich, der durch eine größere Leistungsaufnahme als der jeweils andere Läufer charakterisiert ist, wobei dieser
Läufer ebenfalls mit beiden Drehzahl-ZDrehmomentwandlern den gesamten Geschwindigkeitsbereich eines Schienenfahrzeuges abdeckt.
Denkbar ist es jedoch auch, die Einschaltfolge umzukehren, etwa der Gestalt, dass der untere bis mittlere Leistungsbereich von dem Läufer 26 oder 27 mit der größeren Leistung bedient wird und erst im meist relativ selten gefahrenen oberen Leistungsbereich der Läufer zugeschaltet wird, der die geringere Leistung aufweist, so dass dann in Summe die volle Leistung verfügbar ist.
Die Figur 2 verdeutlicht beispielhaft anhand einer Getriebebaueinheit 6 mit zwei parallel angeordneten Läufern 26 und 27, umfassend jeweils zwei hydrodynamische Drehzahl-ZDrehmomentwandler 28 und 30 und 29 und 31 , die immer mit dem Eingang 8 des Getriebes 6 gekoppelt sind, die Mittel zur Aktivierung oder Deaktivierung der einzelnen Läufer 26 und 27 durch den einzelnen hydrodynamischen Drehzahl-ZDrehmomentwandler 28 bis 31 zugeordnete Stelleinrichtungen 35.1 bis 35.4 zur Füllungssteuerung. Dabei handelt es sich in der Regel um eine Steuerung des Einlass- und Auslassquerschnittes der hydrodynamischen Drehzahl-ZDrehmomentwandler 28 bzw. bis 31 , um diese zu füllen oder zu entleeren. In diesem Fall sind die einzelnen Drehzahl-ZDrehmomentwandler eines Läufers, hier 28 und 30 bzw. 29 und 31 , die jeweils durch mindestens ein Primärrad P2s, P29, P30, P31, ein Turbinenrad T28, T2g, T30, T31 und mindestens ein Leitrad L28, L2g, L30, L31 charakterisiert sind, koaxial zueinander angeordnet und deren Primärräder P2β und P30 bzw. P29 und P31 wenigstens mittelbar drehfest miteinander gekoppelt sind, vorzugsweise durch eine Hohlwelle und deren Turbinenräder ebenfalls drehfest mit der Läuferwelle gekoppelt sind oder aber diese bilden. Die Aufteilung der Leistung auf die einzelnen Läufer 26 und 27 erfolgt durch die Aufteilung der Leistung auf die beiden Primärradwellen 36 und 37 durch ein entsprechendes Verteilergetriebe 38, welches im einfachsten Fall als Stirnradsatz 39 in Form eines Stirnradtrios 40 ausgeführt ist. Dazu ist jeweils eines der Stirnräder des Stirnradtrios drehfest mit einer Primärradwelle 36 und 37 verbunden, während das
dritte Stirnrad drehfest mit dem Eingang 8 gekoppelt ist und mit den beiden mit den Primärradwellen 36 bzw. 37 gekoppelten Stirnrädern kämmt. Ferner sind die einzelnen Läuferwellen 41 bzw. 42, die die Sekundärräder T2s, T3u und T2g und T31 miteinander verbunden über ein Summier- und Wendegetriebe 43 miteinander verbunden, wobei das Summiergetriebe 43 wenigstens mittelbar einen Wendeschaltsatz 44 enthält. Das Summiergetriebe 43 ist auch hier im einfachsten Fall als Stirnradsatz 45 ausgebildet, wobei dieses wenigstens drei Stirnräder umfasst. Die hier dargestellte Kombination von Summier- und Wendegetriebe kommt mit einem Minimum an Zahnrädern aus. Bekanntlich benötigt ein Wendegetriebe für sich genommen immer 5 Zahnräder. Jeweils ein Stirnrad ist dabei drehfest mit einer Läuferwelle 41 oder 42 verbunden, wobei diese beiden Stirnräder mit einem dritten Stirnrad in Eingriff stehen. An das Summiergetriebe 43 ist der Wendeschaltsa z 44 ankoppelbar, wobei je nach Ankopplung unterschiedliche Drehrichtungen am Ausgang 10.1 bzw. 10.2 erzielt werden. Die Ankopplung der Wendeschaltung 44 erfolgt im einfachsten Fall über Kupplungen oder aber in Form von sogenannten Schiebeschaltwellen, hier beispielhaft 46 und 47.
Bezugszeichenliste
1 Schienenfahrzeug
2 Schienenfahrzeugantriebsstrang
3 Räder
4 Antriebsmaschine
5 einwellige Gasturbine
6 Getriebeeinheit
8 Eingang
9 Welle
10.1, 10.2 Ausgang
11.1, 11.2 Wellenstrang
12.1 ■ - 12.3
12.4 - 12.6 Radsatzgetriebe
13 Drehgestell
14 Drehgestell
15.1 , 15.2,
15.3 Achse
16.1 , 16.2,
16.3 Achse
17 Verdichter
18 Brennkammer
19 Turbine
20 Wärmetauscher
21 Kühlanlage
22 Kühlradiator
23 Fördereinrichtung
24 hydrodynamisches Mehrkreislaufgetriebe
25 hydrodynamisches Doppelgetriebe
26 Läufer
27 Läufer
28 hydrodynamischer Drehzahl-ZDrehmomentwandler
29 hydrodynamischer Drehzahl-ZDrehmomentwandler
30 hydrodynamischer Drehzahl-ZDrehmomentwandler
31 hydrodynamischer Drehzahl-ZDrehmomentwandler
32 Wendegetriebe
33 Steuervorrichtung
34 Steuereinrichtung 35.1 , 35.2,
35.3, 35.4 Stelleinrichtung
36 Primärradwelle
37 Primärradwelle
38 Verteilergetriebe
39 Stirnradsatz
40 Stirnradtrio
41 Läuferwelle
42 Läuferwelle
43 Summiergetriebe
44 Wendeschaltsatz
45 Stirnradsatz
46 Schiebeschaltwelle
47 Schiebeschaltwelle 28 - P31 Primärrad
T28 - T31 Turbinenrad
L28 - L31 Leitrad