DE102014219025A1

DE102014219025A1 - Starting element for rail vehicles

Info

Publication number: DE102014219025A1
Application number: DE102014219025.8A
Authority: DE
Inventors: Kazutaka luchi
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-09-22
Filing date: 2014-09-22
Publication date: 2016-03-24

Abstract

Anfahrelement (100), umfassend wenigstens ein erstes Antriebselement (A1), ein zweites Antriebselement (A2), einen Planetenradsatz (P) und eine Kupplung (K), wobei der Planetenradsatz (P) ein Sonnenrad (S), wenigstens einen Planetenträger (T) mit Planetenrädern und ein Hohlrad (H) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehbewegung des ersten Antriebselements (A1) auf das Sonnenrad (S) übertragbar ist und eine Drehbewegung des zweiten Antriebselements (A2) auf das Hohlrad (H) übertragbar ist, wodurch eine Drehbewegung an einem Getriebeausgang des Planetenradsatzes (P) resultiert.Starting element (100) comprising at least a first drive element (A1), a second drive element (A2), a planetary gear set (P) and a clutch (K), wherein the planetary gear set (P) a sun gear (S), at least one planet carrier (T ) with planetary gears and a ring gear (H), characterized in that a rotational movement of the first drive element (A1) to the sun gear (S) is transferable and a rotational movement of the second drive element (A2) to the ring gear (H) is transferable, whereby a rotational movement at a transmission output of the planetary gear set (P) results.

Description

Die Erfindung betrifft ein Anfahrelement sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebselements für Schienenfahrzeuge, insbesondere für elektrische Triebzüge, sogenannte Electrical-Multiple-Units (EMU). The invention relates to a starting element and a method for operating such a drive element for rail vehicles, in particular for electric multiple units, so-called Electrical Multiple Units (EMU).

Schienenfahrzeuge zeichnen sich dadurch aus, dass sie auf einer oder auf mehreren Schienen fahren beziehungsweise geführt werden. Neben den oben genannten Triebzügen sind in diesem Zusammenhang ebenso Lokomotiven zu nennen. Unter einem Triebzug ist in der Regel eine nicht trennbare Einheit aus mehreren Fahrzeugen/Zugsegmenten zu verstehen, wobei der Triebzug über einen oder mehrere fahrzeugeigene Antriebe verfügt. Dabei können ein Fahrzeug/Zugsegment, mehrere Fahrzeuge/Zugsemente oder alle Fahrzeuge/Zugsegmente des Triebzugs jeweils über einen Antrieb verfügen. Neben elektrischen Triebzügen (EMU) existieren beispielsweise auch dieselbetriebene Triebzüge, sogenannte Diesel-Multiple-Units (DMU). Diese weisen einen oder mehrere fahrzeugeigene Diesel-Motoren anstatt der elektrischen Motoren in elektrischen Triebzügen (EMU) auf. Unter Triebzügen sind insbesondere auch moderne Stadt-, Straßen- und U-Bahnen zu verstehen, welche sich aufgrund der Streckencharakteristik (Abstände zwischen Haltestellen) durch eine besonders hohe Anzahl an Anfahrvorgängen auszeichnen. Rail vehicles are characterized by the fact that they drive or are guided on one or more rails. In addition to the above-mentioned multiple units are in this context as well to call locomotives. Under a train train is usually to understand a non-separable unit of several vehicles / train segments, the multiple unit has one or more on-board drives. In this case, a vehicle / train segment, several vehicles / Zugsemente or all vehicles / train segments of the railcar each have a drive. In addition to electric multiple units (EMU) exist, for example, diesel-powered multiple units, so-called diesel multiple units (DMU). These have one or more on-board diesel engines instead of electric motors in electric multiple units (EMU). Under train trains are particularly modern urban, road and subways to understand, which are characterized by the track characteristics (distances between stops) by a particularly high number of startup operations.

Die DE 10 2005 040 153 A1 zeigt ein System, umfassend ein Getriebe für ein mit einem elektrodynamischen Anfahrelement bzw. einem elektrodynamischen Antriebssystem ausgebildetes Fahrzeug, und ein elektrodynamisches Anfahrelement bzw. ein elektrodynamisches Antriebssystem, mit einem Elektromotor und einem Planetengetriebe, die zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe angeordnet sind, bei dem der Rückwärtsgang durch eine entsprechende Einstellung des Elektromotors des elektrodynamischen Anfahrelementes bzw. des elektrodynamischen Antriebssystems realisiert wird, so dass das Fahrzeug im Rückwärtsgang durch den Elektromotor angetrieben wird, wobei die mechanischen Teile, die zum Rückwärtsfahren mit dem Verbrennungsmotor erforderlich sind, entfallen. The DE 10 2005 040 153 A1 shows a system comprising a transmission for a trained with an electrodynamic starting element or an electrodynamic drive system vehicle, and an electrodynamic starting element or an electrodynamic drive system, with an electric motor and a planetary gear, which are arranged between the internal combustion engine and the transmission, in which the reverse gear is realized by a corresponding adjustment of the electric motor of the electrodynamic starting element or the electrodynamic drive system, so that the vehicle is driven in reverse by the electric motor, wherein the mechanical parts that are required for reversing with the internal combustion engine omitted.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad von Schienenfahrzeugen, insbesondere bei Anfahrvorgängen zu verbessern. The invention has the object to improve the efficiency of rail vehicles, especially during startup operations.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Anfahrelement gemäß dem Patentanspruch 1 und einem Verfahren gemäß Patentanspruch 8 zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Anfahrelements gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor. Dabei weist das Anfahrelement wenigstens ein erstes Antriebselement, ein zweites Antriebselement, einen Planetenradsatz und eine Kupplung auf. The object is achieved with a starting element according to claim 1 and a method according to claim 8 for operating a starting element according to the invention. Further advantages and advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims. In this case, the starting element has at least one first drive element, a second drive element, a planetary gear set and a clutch.

Ein Planetenradsatz beziehungsweise ein Planetengetriebe umfasst dabei wenigstens eine Sonnenrad, einen Planetenträger und ein Hohlrad. An dem Planetenträger drehbar gelagert sind Planetenräder, welche mit der Verzahnung des Sonnenrads und/oder mit der Verzahnung des Hohlrads kämmen. A planetary gear set or a planetary gear case comprises at least one sun gear, a planet carrier and a ring gear. Are rotatably mounted on the planet carrier planetary gears, which mesh with the toothing of the sun gear and / or with the toothing of the ring gear.

Bei Planetenradsätzen wird grundsätzlich zwischen Minus-Planetenradsätzen und Plus-Planetenradsätzen unterschieden. Dabei beschreibt ein Minus-Planetenradsatz bevorzugt einen Einzelplanetenradsatz mit einem Planetenträger, an dem die Planetenräder drehbar gelagert sind, mit einem Sonnenrad und mit einem Hohlrad, wobei die Verzahnung zumindest eines der Planetenräder sowohl mit der Verzahnung des Sonnenrads, als auch mit der Verzahnung des Hohlrads kämmt, wodurch das Hohlrad und das Sonnenrad in entgegengesetzte Drehrichtungen rotieren, wenn das Sonnenrad bei feststehendem Planetenträger rotiert. Ein Plus-Planetenradsatz unterscheidet sich bevorzugt zu dem gerade beschriebenen Minus-Planetenradsatz dahingehend, dass der Plus-Planetenradsatz innere und äußere Planetenräder aufweist, welche drehbar an dem Planetenträger gelagert sind. Die Verzahnung der inneren Planetenräder kämmt dabei einerseits mit der Verzahnung des Sonnenrads und andererseits mit der Verzahnung der äußeren Planetenräder. Die Verzahnung der äußeren Planetenräder kämmt darüber hinaus mit der Verzahnung der Hohlrads. Dies hat zur Folge, dass bei feststehendem Planetenträger das Hohlrad und das Sonnenrad in dieselbe Drehrichtung rotieren. Vorliegend handelt es sich bei dem Planetenradsatz um einen Minus-Planetenradsatz. Alternativ kann technisch jedoch sowohl ein Puls- als auch ein Minus-Planetenradsatz verwendet werden. In planetary gear sets basically a distinction is made between minus planetary gear sets and plus planetary gear sets. In this case, a negative planetary gear set preferably describes a single planetary gear set with a planet carrier on which the planetary gears are rotatably mounted, with a sun gear and with a ring gear, wherein the teeth of at least one of the planet gears both with the teeth of the sun gear, and with the teeth of the ring gear meshes, whereby the ring gear and the sun gear rotate in opposite directions of rotation when the sun gear rotates with a fixed planetary carrier. A positive planetary gearset preferably differs from the minus planetary gearset just described in that the plus planetary gearset has inner and outer planetary gears rotatably supported on the planetary carrier. The toothing of the inner planet gears meshes on the one hand with the teeth of the sun gear and on the other hand with the teeth of the outer planetary gears. The toothing of the outer planetary gears also meshes with the teeth of the ring gear. As a result, when the planet carrier is stationary, the ring gear and the sun gear rotate in the same direction of rotation. In the present case, the planetary gear set is a minus planetary gear set. Alternatively, however, technically both a pulse and a minus planetary gear set can be used.

Erfindungsgemäß ist eine Drehbewegung des ersten Antriebselements auf das Sonnenrad übertragbar und eine Drehbewegung des zweiten Antriebselements ist auf das Hohlrad übertragbar. An einem Getriebeausgang des Planetenradsatzes resultiert daraus eine Drehbewegung. According to the invention, a rotational movement of the first drive element can be transmitted to the sun gear and a rotational movement of the second drive element can be transmitted to the ring gear. At a transmission output of the planetary gear set, this results in a rotational movement.

Bei dem ersten Antriebselement und dem zweiten Antriebselement handelt es sich in bevorzugter Weise um elektrische Motoren. Es sind auch Ausführungen des Anfahrelements denkbar, bei denen andere Antriebselemente, beispielsweise Hydrostat- oder Verbrennungsmotoren, verwendet werden. Auch ist die Kombination von elektrischen Motoren mit anderen Arten von Antriebselementen denkbar. Eine Drehbewegung beschreibt dabei eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse. Unter dem Einleiten oder Übertragen einer Drehbewegung ist zu verstehen ist, dass die Drehbewegung von einer Drehzahl und von einem eingeleiteten Drehmoment bestimmt wird. The first drive element and the second drive element are preferably electric motors. Embodiments of the starting element are also conceivable in which other drive elements, for example hydrostatic or internal combustion engines, are used. Also, the combination of electric motors with other types of drive elements is conceivable. A rotational movement describes a rotational movement about an axis of rotation. By initiating or transmitting a rotational movement is to be understood that the rotational movement of a Speed and is determined by an introduced torque.

Ein Getriebeausgang eines Getriebes (hier Planetenradsatz bzw. Planetengetriebe) beschreibt dabei den Ort eines Getriebes, an dem eine, beispielsweise durch ein Antriebselement, eingeleitete und über-/untersetzte Drehbewegung aus dem Getriebe ausgeleitet wird. Dabei ist ein Getriebeeingang dem/den Antriebselement/en zuzuordnen, wobei von dem Getriebeausgang aus in der Regel eine Übertragung der Drehbewegung auf Fahrzeugachsen/Fahrzeugräder erfolgt. A transmission output of a transmission (here planetary gear set or planetary gear) describes the location of a transmission, at which a, for example, by a drive element, initiated and over / under-set rotary motion is discharged from the transmission. In this case, a transmission input is attributable to the drive element (s), with the transmission output generally being used to transmit the rotary motion to vehicle axles / vehicle wheels.

Unter der an dem Getriebeausgang resultierenden Drehbewegung ist zu verstehen, dass sich diese Drehbewegung aus der Drehbewegung des ersten Antriebselements und des zweiten Antriebselements ergibt. Dreht das erste Antriebselement mit einer beliebigen Drehzahl und wird durch das zweite Antriebselement keine Drehbewegung bzw. kein Drehmoment in das Hohlrad eingeleitet, so steht beispielsweise der Planetenträger still, wodurch an dem Getriebeausgang die Drehzahl n = 0 anliegt. Wird durch das zweite Antriebselement der Drehbewegung/dem Drehmoment des ersten Antriebselements ein Drehmoment entgegengestellt, so führt dies zu einer resultierenden Drehbewegung an dem Getriebeausgang. Gleiches gilt für den Fall, dass anstatt durch das zweite Antriebselement dem ersten Antriebselement ein Drehmoment entgegenzustellen, das zweite Antriebselement mit dem bereitgestellten Drehmoment unterstützend agiert. Hierdurch ist eine stufenlose Änderung der resultierenden Drehzahl an dem Getriebeausgang realisierbar. The rotational movement resulting at the gear output is understood to mean that this rotational movement results from the rotational movement of the first drive element and the second drive element. If the first drive element rotates at any desired speed and no rotational movement or no torque is introduced into the ring gear by the second drive element, the planet carrier, for example, stands still, as a result of which the rotational speed n = 0 is present at the transmission output. If a torque is counteracted by the second drive element of the rotational movement / the torque of the first drive element, this leads to a resulting rotational movement at the transmission output. The same applies to the case that, instead of counteracting by the second drive element, a torque to the first drive element, the second drive element acts in a supportive manner with the provided torque. As a result, a stepless change of the resulting speed at the transmission output can be realized.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das erste Antriebselement mit einer ersten Welle wirkverbunden, die erste Welle weiter mit dem Sonnenrad des Planetenradsatzes verbunden, das zweite Antriebselement wirkverbunden mit einer zweiten Welle, die zweite Welle weiter mit dem Hohlrad verbunden und der Planetenträger über eine dritte Welle mit dem Getriebeausgang des Planetenradsatzes verbunden. In a further preferred embodiment, the first drive element is operatively connected to a first shaft, the first shaft further connected to the sun gear of the planetary, the second drive element operatively connected to a second shaft, the second shaft further connected to the ring gear and the planet carrier via a third shaft connected to the transmission output of the planetary gear set.

Eine Welle beschreibt ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten und Drehbewegungen. Eine Welle bezeichnet weiter ein mechanisches, mit einer definierten Steifigkeit versehenes Bauteil, durch welches Bauteile miteinander verbunden und Drehbewegungen beziehungsweise Drehmomente zwischen diesen verbundenen Bauteilen übertragbar sind. Eine Antriebswelle beschreibt in diesem Zusammenhang eine Welle, durch welche eine Drehbewegung beziehungsweise ein Drehmoment, beispielsweise von einem Antriebselement, in das Mehrganggetriebe eingeleitet wird. Im Gegensatz dazu beschreibt eine Abtriebswelle eine Welle, durch welche unter Berücksichtigung des jeweiligen Übersetzungsverhältnisses ein Drehmoment beziehungsweise eine Drehbewegung aus dem Getriebe ausgeleitet wird. Die Abtriebswelle kann dabei direkt mit einem Rad beziehungsweise einer Fahrzeugachse zum Antrieb dieser verbunden sein, jedoch sind auch Anordnungen denkbar, bei denen sich der Abtriebswelle eine weitere Getriebestufe anschließt. A shaft describes an example cylindrical, rotatably mounted machine element for transmitting torque and rotational movements. A shaft further denotes a mechanical component provided with a defined rigidity, by means of which components are connected to one another and rotational movements or torques between these connected components can be transmitted. A drive shaft in this context describes a shaft through which a rotational movement or a torque, for example, from a drive element, is introduced into the multi-speed transmission. In contrast, an output shaft describes a shaft through which, taking into account the respective transmission ratio, a torque or a rotational movement is discharged from the transmission. The output shaft can be connected directly to a wheel or a vehicle axle for driving this, but also arrangements are conceivable in which the output shaft connects to a further gear stage.

Unter wirkverbunden ist zu verstehen, dass zwei (oder mehr) Bauteile in ihrer Wirkung miteinander verbunden sind. Dies kann einerseits bedeuten, dass diese direkt miteinander verbunden sind, beispielsweise durch eine form-, kraft- oder stoffschlüssige Verbindung miteinander verbunden sind (Schweiß,- Schraub-, Steck-, Klebe-, Press-, Niet-, Klemmverbindung). Alternativ dazu ist auch eine einstückige Ausführung von zu verbindenden Bauteilen denkbar. Zwei miteinander verbundene Bauteile werden dadurch charakterisiert, dass zwischen ihnen eine feste, insbesondere drehfeste, Verbindung besteht. Insbesondere drehen solche verbundenen Bauteile mit derselben Drehzahl in dieselbe Drehrichtung. Andererseits können zwei wirkverbundene Bauteile über eine indirekte Verbindung, beispielsweise durch eine zwischen den zwei Bauteilen angeordnete Getriebestufe miteinander verbunden sein. Hier kann eine zu übertragende Drehbewegung beispielsweise eine zusätzliche Über-/Untersetzung erfahren. Auch eine Drehrichtungsumkehr ist möglich. Insbesondere ist unter wirkverbunden demnach zu verstehen, dass eine Drehbewegung/ein Drehmoment zwischen zwei Bauteilen (beispielsweise Antriebselement/Welle, Welle/Zahnrad) übertragen wird. Actively connected means that two (or more) components are interconnected in their effect. On the one hand, this can mean that they are directly connected to one another, for example, by a positive, cohesive or material connection (welding, screwing, plug-in, adhesive, pressing, riveting, clamping connection). Alternatively, a one-piece design of components to be joined is conceivable. Two interconnected components are characterized in that between them a solid, especially non-rotatable connection exists. In particular, such connected components rotate at the same speed in the same direction of rotation. On the other hand, two actively connected components can be connected to one another via an indirect connection, for example by means of a gear stage arranged between the two components. Here, a rotational movement to be transmitted, for example, learn an additional transmission / reduction. A reversal of the direction of rotation is also possible. In particular, actively connected means that a rotational movement / torque is transmitted between two components (for example drive element / shaft, shaft / gearwheel).

In einer weiter bevorzugten Form der Ausgestaltung ist die erste Welle über die Kupplung mit der dritten Welle drehfest verbindbar. In a further preferred form of embodiment, the first shaft via the coupling with the third shaft rotatably connected.

Zwei Bauteile werden im Weiteren als miteinander verbindbar bezeichnet, wenn zwischen diesen Bauteilen eine lösbare, drehfeste Verbindung herstellbar ist. Insbesondere drehen solche Bauteile, wenn die drehfeste Verbindung besteht, mit derselben Drehzahl in dieselbe Richtung. Entsprechende lösbare drehfeste Verbindungen zwischen zwei Bauteilen können durch Kupplungen realisiert werden. Kupplungen können dabei als reibschlüssige oder formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sein. Eine Kupplung bzw. deren Aktuator kann elektromotorisch, pneumatisch, elektrohydraulisch, elektromagnetisch oder in sonstiger Weise betätigbar sein. Reibschlüssige Kupplungen finden vor allem dann Verwendung, wenn durch das Schließen der Kupplung eine Angleichung der Drehbewegung der zu verbindenden Bauteile erfolgen soll. Bei reibschlüssigen Kupplungen muss sowohl für das Beibehalten, als auch für das Ändern eines Schaltzustandes (geöffnet, geschlossen) Energie aufgebracht werden. Soweit durch das umgebende System eine Synchronisierung der Drehzahlen der zu verbindenden Bauteile erfolgen kann, eignen sich insbesondere formschlüssige Kupplungen, beispielsweise Klauenkupplungen. Bei formschlüssigen Verbindungen findet eine Verbindung aufgrund eines Eingriffs der Konturen der zwei Bauteile statt. Formschlüssige Verbindungen haben insbesondere den Vorteil, dass sie bei vergleichsweise geringen Abmessungen und Gewicht hohe Kräfte und Momente übertragen können. Darüber hinaus ist die aufzubringende Energie für die Verbindungsherstellung wesentlich geringer, als bei reibschlüssigen Verbindungen, wodurch beispielsweise der Aktuator kleiner ausgelegt werden kann. Des Weiteren haben formschlüssige Kupplungen den Vorteil, dass lediglich für eine Zustandsänderung (Öffnen bzw. Schließen) Energie verwendet werden muss, das Beibehalten eines Schaltzustands erfolgt hingegen ohne Aufwendung von Energie. Im Folgenden ist unter einer nicht betätigten Kupplung eine geöffnete Kupplung zu verstehen. Dies bedeutet, dass eine Relativbewegung zwischen den beiden verbindbaren Bauteilen möglich ist. Bei betätigter beziehungsweise geschlossener Kupplung rotieren die beiden Bauteile dementsprechend mit derselben Drehzahl in dieselbe Drehrichtung. Two components are referred to as connectable with each other when between these components a releasable, non-rotatable connection can be produced. In particular, such components rotate when the rotationally fixed connection, with the same speed in the same direction. Appropriate releasable non-rotatable connections between two components can be realized by couplings. Clutches can be designed as frictional or positive switching elements. A clutch or its actuator may be electromotive, pneumatic, electro-hydraulic, electromagnetic or otherwise operable. Frictionally engaged clutches are used especially when an approximation of the rotational movement of the components to be connected is to take place by closing the clutch. Friction clutches require energy to be applied both for maintaining and changing a switching state (open, closed). As far as can be done by the surrounding system synchronization of the speeds of the components to be connected, in particular positive clutches, such as dog clutches are. In positive connections, a connection takes place due to an engagement of the contours of the two components. Positive connections have the particular advantage that they can transmit high forces and moments with comparatively small dimensions and weight. In addition, the energy to be applied for the connection is much lower than in frictional connections, whereby, for example, the actuator can be made smaller. Furthermore, form-fitting clutches have the advantage that only for a state change (opening or closing) energy must be used, the maintenance of a switching state, however, takes place without the expenditure of energy. Hereinafter, a non-actuated clutch is understood to mean an opened clutch. This means that a relative movement between the two connectable components is possible. When the clutch is actuated or closed, the two components accordingly rotate at the same speed in the same direction of rotation.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem ersten Antriebselement und der ersten Welle eine erste Getriebestufe angeordnet. Besonders bevorzugt handelt es sich hierbei um ein Stirnradgetriebe mit einem festen Übersetzungsverhältnis. Durch dieses kann eine zusätzliche Über-/Untersetzung der Drehbewegung (Drehzahl/Drehmoment) sowie, je nach Ausgestaltung, eine Drehrichtungsumkehr erfolgen. Aber auch davon abweichende Getriebeanordnungen sind denkbar, beispielsweise die Verwendung eines Mehrganggetriebes. In a further preferred embodiment, a first gear stage is arranged between the first drive element and the first shaft. Particularly preferably, this is a spur gear with a fixed gear ratio. By this an additional transmission / reduction of the rotational movement (speed / torque) and, depending on the configuration, a reversal of rotation can take place. But also deviating gear arrangements are conceivable, for example, the use of a multi-speed transmission.

In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen dem zweiten Antriebselement und der zweiten Welle eine zweite Getriebestufe angeordnet. Diese kann wie die erste Getriebestufe ausgestaltet sein. In a further embodiment, a second gear stage is arranged between the second drive element and the second shaft. This can be configured as the first gear stage.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Planetenradsatz über die dritte Welle mit einem Mehrganggetriebe verbunden. Dabei kann es sich um ein Planetengetriebe, ein Stirnradgetriebe, ein Reibradgetriebe oder eine weitere Getriebeform handeln. Insbesondere verfügt das Mehrganggetriebe über zwei oder mehr Gänge, wodurch zwei oder mehr unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen Getriebeeingang und Getriebeausgang darstellbar sind. Auch ist es denkbar, ein Mehrganggetriebe mit einem Direktgang vorzusehen. Dies bedeutet, dass in ein Gang das Übersetzungsverhältnis i = 1 vorliegt, das heißt keine Über-/Untersetzung der Eingangsdrehbewegung erfolgt. Insbesondere finden Mehrganggetriebe Verwendung, wenn abschnittsweise höhere Geschwindigkeiten des Schienenfahrzeugs erzielt werden sollen. Durch die Verwendung eines Mehrganggetriebes können dadurch unter Umständen die Antriebselemente noch kleiner dimensioniert bzw. sowohl während des Anfahrvorgangs, als auch während des übrigen Fahrbetriebs mit einem höheren Wirkungsgrad betrieben werden. Auch ist es denkbar, anstatt eines Mehrganggetriebes ein einstufiges Getriebe mit einer festen Übersetzung vorzusehen, welche einen optimalen Fahrbetrieb unter Berücksichtigung der jeweiligen Fahrstrategie bzw. der weiteren Umgebungsbedingungen (z.B. Streckenprofil, Topografie, etc.) gewährleistet. According to a further preferred embodiment, the planetary gear set is connected via the third shaft with a multi-speed transmission. It may be a planetary gear, a spur gear, a friction gear or another form of transmission. In particular, the multi-speed transmission has two or more gears, whereby two or more different gear ratios between the transmission input and transmission output can be displayed. It is also conceivable to provide a multi-speed transmission with a direct gear. This means that the gear ratio i = 1 exists in one gear, that is, no over / under setting of the input rotational movement takes place. In particular, multi-speed transmissions are used when sections of higher speeds of the rail vehicle to be achieved. Through the use of a multi-gear transmission, the drive elements may under certain circumstances be dimensioned even smaller or be operated both during the starting process, as well as during the rest of driving with a higher efficiency. It is also conceivable, instead of a multi-speed transmission, to provide a single-stage transmission with a fixed ratio, which ensures optimum driving operation taking into account the respective driving strategy or other environmental conditions (for example route profile, topography, etc.).

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform des Anfahrelements sind das erste Antriebselement und/oder das zweite Antriebselement sowohl motorisch, als auch generatorisch betreibbar. Insbesondere bei der Verwendung von elektrischen Motoren als Antriebselemente kann somit elektrische Energie gewonnen werden, wobei diese einem Speicher (beispielsweise Akkumulator, Kondensator), dem Bordnetz oder dem Bahnstrom zugeführt werden kann. Bahnstrom bezeichnet dabei die elektrische Energie, die für den Antrieb von elektrischen Triebfahrzeugen/Schienenfahrzeugen bei der Eisenbahn (Straßen-/Stadtbahnen, Hoch-/U-Bahnen und Gebirgs- bzw. Bergbahnen) verwendet wird. Üblicherweise handelt es sich hierbei um Hochvolt-Stromnetze. Es ist jedoch auch denkbar, bei generatorischem Betrieb eines der Antriebselemente und motorischem Betrieb des anderen Antriebselements die generatorisch erzeugte Energie zur (Teil-)Speisung des motorisch betriebenen Antriebselements zu verwenden. Auch ist es denkbar, dass ein mechanischer Speicher (beispielsweise eine Feder oder ein Druckspeicher) verwendet wird, insbesondere wenn anstatt eines elektrischen Motors als Antriebselement ein hydrostatischer Motor verwendet wird. In a further preferred embodiment of the starting element, the first drive element and / or the second drive element are operable both as a motor and as a generator. In particular, when using electric motors as drive elements thus electrical energy can be obtained, which can be supplied to a memory (for example, accumulator, capacitor), the electrical system or the traction current. Traction current refers to the electrical energy that is used for the drive of electric traction vehicles / rail vehicles in the railway (trams / light rail vehicles, highways / subways and mountain or mountain railways). Usually these are high voltage power grids. However, it is also conceivable to use in regenerative operation of one of the drive elements and motor operation of the other drive element, the regenerated energy for (partial) power supply of the motor-driven drive element. It is also conceivable that a mechanical accumulator (for example a spring or an accumulator) is used, in particular if a hydrostatic motor is used as the drive element instead of an electric motor.

Unter einem motorischen Betrieb eines Antriebselements ist dabei zu verstehen, dass es (an-)treibend in dem Anfahrelement wirkt, d.h. ein Drehmoment bereitgestellt wird, durch welches das Schienenfahrzeug angetrieben wird. Bei der Verwendung eines elektrischen Motors als Antriebselement wird im motorischen Betrieb elektrische Energie in Bewegungsenergie umgewandelt. Im Gegensatz dazu wird während eines generatorischen Betriebs eines Antriebselements ein (Brems-)Moment bereitgestellt, welches dem Antrieb entgegenwirkt. Bei der Verwendung eines elektrischen Motors als Antriebselement wird im generatorischen Betrieb Bewegungsenergie in elektrische Energie umgewandelt. Under a motor operation of a drive element is to be understood that it (driving) acting in the starting element, i. a torque is provided by which the rail vehicle is driven. When using an electric motor as a drive element electrical energy is converted into kinetic energy during motor operation. In contrast, a (braking) torque is provided during regenerative operation of a drive element, which counteracts the drive. When using an electric motor as the drive element kinetic energy is converted into electrical energy in generator mode.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Anfahrelements vorgestellt. Während eines Anfahrvorgangs, beginnend zu einem Zeitpunkt t0 ist dabei die Kupplung in bevorzugter Weise geöffnet. Das erste Antriebselement wird mit einer konstanten Drehzahl motorisch betrieben, während das zweite Antriebselement mit einer sich ändernden Drehzahl zunächst generatorisch betrieben wird. Aus dem Verhältnis zwischen der Drehzahl des ersten Antriebselements und der Drehzahl des zweiten Antriebselements resultiert an dem Getriebeausgang des Planetenradsatzes eine sich ändernde Abtriebsdrehzahl unter Berücksichtigung des Übersetzungsverhältnisses des Planetenradsatzes. According to a further aspect of the present invention, a method for operating a starting element according to the invention is presented. During a startup, starting at one Time t0 is the clutch open in a preferred manner. The first drive element is operated by a motor at a constant speed, while the second drive element is initially operated as a generator with a changing speed. From the ratio between the speed of the first drive element and the speed of the second drive element results in the transmission output of the planetary gear set a changing output speed taking into account the transmission ratio of the planetary gear set.

Unter einem Anfahrvorgang ist dabei insbesondere das Anfahren des Schienenfahrzeugs aus dem Stillstand heraus zu verstehen. Unter einer konstanten Drehzahl ist dabei zu verstehen, dass das erste Antriebselement mit einer gleichbleibenden Drehzahl betrieben wird. Diese ergibt sich idealerweise aus dem optimalen Betriebspunkt des ersten Antriebselements, welche durch die Übersetzung der vorgeschalteten Getriebestufen oder des Planetenradsatzes entsprechend der vorliegenden Anforderungen eingestellt werden kann. Hierunter ist zu verstehen, dass beispielsweise das Drehmomentmaximum des Antriebselements vorliegt, oder das Antriebselement mit einem besonders hohen Wirkungsgrad betrieben werden kann. Je nach Fahrstrategie kann auch eine Betriebspunktverschiebung entsprechend eines relevanten Parameters (Drehmoment, Leistung, Drehzahl, Wirkungsgrad, Verschleiß, thermische Belastung) erfolgen. Under a starting process is to be understood in particular the start of the rail vehicle from a standstill out. Under a constant speed is to be understood that the first drive element is operated at a constant speed. This results ideally from the optimum operating point of the first drive element, which can be adjusted by the translation of the upstream gear stages or the planetary gear set according to the present requirements. This is to be understood that, for example, the torque maximum of the drive element is present, or the drive element can be operated with a particularly high efficiency. Depending on the driving strategy, an operating point shift corresponding to a relevant parameter (torque, power, speed, efficiency, wear, thermal load) can also take place.

Im Gegensatz dazu ist unter einer sich ändernden Drehzahl zu verstehen, dass diese über die Zeit variiert wird. So kann beispielsweise der Betrag der Drehzahl des zweiten Antriebselements geringer werden, während die Abtriebsdrehzahl zunimmt. By contrast, changing speed means that it varies over time. For example, the amount of speed of the second drive element may become lower as the output speed increases.

Weiter bevorzugt rotiert das zweite Antriebselement beginnend zum Zeitpunkt t0 bis zu einem Zeitpunkt t1 in eine erste Drehrichtung, wobei die Drehzahl des zweiten Antriebselements mit zunehmender Zeit zunächst einen geringeren Betrag annimmt, bis das zweite Antriebselement zum Zeitpunkt t1 stillsteht und beginnend ab dem Zeitpunkt t1 in eine zweite, der ersten Drehrichtung entgegengesetzte, Drehrichtung rotiert, wobei die Drehzahl des zweiten Antriebselements nun mit zunehmender Zeit einen größeren Betrag annimmt. Unter dem Betrag ist dabei der (mathematische) Absolutwert der Drehzahl zu verstehen. Da das zweite Antriebselement während des Anfahrvorgangs um den Zeitpunkt t1 eine Drehrichtungsumkehr erfährt, ist für oben genannte Beschreibung die Betrachtung des Betrags der Drehzahl erforderlich, denn eine Drehrichtungsumkehr bedeutet in diesem Zusammenhang einen Übergang von einer negativen Drehzahl zu einer positiven Drehzahl. Unter dem Stillstehen des zweiten Antriebselements ist zu verstehen, dass das motorisch eingeleitete Drehmoment dem durch das Planetengetriebe und das erste Antriebselement eingeleitete Drehmoment kurzzeitig exakt entgegenwirkt. More preferably, the second drive element rotates starting at the time t0 to a time t1 in a first rotational direction, the speed of the second drive element with increasing time initially assumes a smaller amount until the second drive element is stationary at time t1 and starting from the time t1 in a second, opposite to the first direction of rotation, rotation rotates, wherein the speed of the second drive element now assumes a larger amount with increasing time. Under the amount is to understand the (mathematical) absolute value of the speed. Since the second drive element undergoes a reversal of rotation direction during the starting operation at the time t1, the above description requires the consideration of the amount of the rotational speed, because a reversal of the rotational direction in this context means a transition from a negative rotational speed to a positive rotational speed. By resting the second drive element, it is to be understood that the torque introduced by the motor momentarily exactly counteracts the torque introduced by the planetary gearing and the first drive element.

Weiter bevorzugt nehmen zu einem Zeitpunkt t2 die Drehzahl des ersten Antriebselements, die Drehzahl des zweiten Antriebselements und die Abtriebsdrehzahl an dem Getriebeausgang des Planetenradsatzes den gleichen Wert an, wobei die Kupplung geschlossen wird. Das Schließen der Kupplung führt dazu, dass eine drehfeste Verbindung zwischen der ersten Welle und der dritten Welle hergestellt wird. Insbesondere bei der Verwendung von formschlüssigen Kupplungen ist es erforderlich, dass das Schließen bei synchronisierter Drehzahl, das heißt in einem Synchronpunkt erfolgt. Hierdurch wird ein ungewollter Verschleiß der Kupplung verhindert bzw. zumindest reduziert. Unter dem gleichen Wert der Drehzahlen ist dabei zu verstehen, dass die erste Welle und die dritte Welle mit der identischen Drehzahl in die gleiche Drehrichtung rotieren. In vorteilhafter Weise bleibt die Kupplung bei einem Bremsvorgang des Schienenfahrzeugs geschlossen, da so eine optimalere Energierückgewinnung über das zweite Antriebselement erfolgen kann. Further preferably take at a time t2, the speed of the first drive element, the speed of the second drive element and the output speed at the transmission output of the planetary gear set to the same value, wherein the clutch is closed. The closing of the clutch causes a non-rotatable connection between the first shaft and the third shaft is made. In particular, when using positive clutches, it is necessary that the closing takes place at synchronized speed, that is in a synchronous point. As a result, an unwanted wear of the clutch is prevented or at least reduced. Under the same value of the speeds is to be understood that the first shaft and the third shaft rotate at the same speed in the same direction. Advantageously, the clutch remains closed during a braking operation of the rail vehicle, since a more optimal energy recovery can take place via the second drive element.

Weiter bevorzugt ist beginnend zum Zeitpunkt t2 der Anfahrvorgang abgeschlossen und eine Erhöhung der Abtriebsdrehzahl wird dadurch erzielt, dass die Drehzahl des ersten Antriebselements und/oder die Drehzahl des zweiten Antriebselements weiter erhöht wird. Dabei wird in besonders vorteilhafter Weise die Drehzahl des ersten Antriebselements erhöht, da dies beispielsweise als primäres Antriebselement ausgelegt sein kann. Je nach Fahrstrategie kann im Anschluss an den Anfahrvorgang auch vorgesehen sein, eine Schaltung eines angeordneten Mehrganggetriebes vorzunehmen, um mit dem Schienenfahrzeug einen höheren Geschwindigkeitsbereich zu erreichen. Es ist auch denkbar, je nach Fahrstrategie, Streckenprofil und Übersetzung des Mehrganggetriebes in einer höheren Gangstufe des Mehrganggetriebes erneut einen Anfahrvorgang zu durchlaufen, wobei diesmal das Verfahren nicht aus dem Stillstand heraus, sondern im Anschluss an den Schaltvorgang des Mehrganggetriebes in analoger Anwendung während der Fahrt durchgeführt wird. More preferably, starting at the time t2 of the starting process is completed and an increase in the output speed is achieved in that the speed of the first drive element and / or the speed of the second drive element is further increased. In this case, the rotational speed of the first drive element is increased in a particularly advantageous manner, since this may be designed, for example, as a primary drive element. Depending on the driving strategy, following the starting procedure, it may also be provided to make a circuit of an arranged multi-speed transmission in order to achieve a higher speed range with the rail vehicle. It is also conceivable, depending on the driving strategy, route profile and translation of the multi-speed transmission in a higher gear of the multi-speed transmission again to go through a starting process, this time the process not from a standstill, but following the switching operation of the multi-speed transmission in analogous application while driving is carried out.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung findet das erfindungsgemäße Anfahrelement in einem Schienenfahrzeug Verwendung, wobei es gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird. Des Weiteren wird bevorzugt eine Drehbewegung einer Abtriebswelle auf wenigstens eine Fahrzeugachse des Schienenfahrzeugt übertragen, wodurch das Schienenfahrzeug angetrieben wird. Soweit das erfindungsgemäße Antriebselement nicht über ein Mehrganggetriebe verfügt, handelt es sich bei der dritten Welle und der Abtriebswelle um ein und dasselbe Bauteil. Gemäß der Erfindung erfolgt die Übertragung der Drehbewegung auf wenigstens eine Fahrzeugachse. Alternativ können auch mehrere Fahrzeugachsen auf diese Weise angetrieben werden. Darüber hinaus können anstatt einer Fahrzeugachse auf die gerade beschriebene Weise auch einzelne Fahrzeugräder des Schienenfahrzeugs angetrieben werden. Durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Anfahrelements unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein besonders effizienter Betrieb eines Schienenfahrzeugs möglich. Insbesondere das erste Anfahrelement kann kleiner dimensioniert/ausgelegt werden, da durch oben genannte Ausführung bei geringen Antriebsmomenten des ersten Antriebselements hohe Abtriebsmomente an der dritten Welle erzeugt werden können. Darüber hinaus erfolgt durch die Rückgewinnung der Bewegungsenergie durch das zweite Antriebselement, sei es in Form von elektrischer Energie oder mechanischer Energie, eine Steigerung des Wirkungsgrads des Anfahrelements. According to a further aspect of the invention, the starting element according to the invention is used in a rail vehicle, wherein it is operated according to the method according to the invention. Furthermore, a rotational movement of an output shaft is preferably transmitted to at least one vehicle axle of the rail vehicle, whereby the rail vehicle is driven. As far as the drive element according to the invention does not have a multi-speed transmission, it is at the third shaft and the output shaft to one and the same component. According to the invention, the transmission of the rotational movement takes place at least one vehicle axle. Alternatively, several vehicle axles can be driven in this way. In addition, instead of a vehicle axle in the manner just described, individual vehicle wheels of the rail vehicle can be driven. By using a starting element according to the invention using the method according to the invention, a particularly efficient operation of a rail vehicle is possible. In particular, the first starting element can be dimensioned / dimensioned smaller, since high output torques can be generated at the third shaft by the above-mentioned embodiment at low driving torques of the first drive element. In addition, by the recovery of the kinetic energy by the second drive element, be it in the form of electrical energy or mechanical energy, an increase in the efficiency of the starting element.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the accompanying figures. Show it:

1: Eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Anfahrelements; 1 : A schematic representation of an embodiment of a starting element according to the invention;

2: In einem Diagramm eine schematische Darstellung der Drehzahlverläufe während eines Anfahrvorgangs eines erfindungsgemäßen Anfahrelements. 2 : In a diagram, a schematic representation of the speed characteristics during a startup of a starting element according to the invention.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Anfahrelements 100. Ein erstes Antriebselement A1 ist über eine erste Antriebswelle AW1 mit einen ersten Stirnrad ST1 einer ersten Getriebestufe GS1 verbunden. Die Verzahnung des ersten Stirnrads ST1 kämmt mit der Verzahnung eines zweiten Stirnrads ST2 der ersten Getriebestufe GS1. Über eine erste Welle 1 ist das zweite Stirnrad ST2 mit einem Sonnenrad S eines Planetenradsatzes P und weiter mit einer Kupplung K verbunden. Durch die Kupplung K sind die erste Welle 1 und eine dritte Welle 3 miteinander verbindbar. Die Kupplung K ist darüber hinaus über die dritte Welle 3 mit einem Planetenträger T des Planetenradsatzes P verbunden. Die Verzahnung der nicht gezeigten Planetenräder des Planetenträgers T kämmt dabei einerseits mit der Verzahnung des Sonnenrads S und andererseits mit der Verzahnung eines Hohlrads H des Planetenradsatzes P. Ein zweites Antriebselement A2 ist über eine zweite Antriebswelle AW2 mit einem ersten Stirnrad ST3 einer zweiten Getriebestufe GS2 verbunden. Die Verzahnung des ersten Stirnrads ST3 kämmt dabei mit der Verzahnung eines zweiten Stirnrads ST4 der zweiten Getriebestufe GS2. Das Hohlrad H ist über eine zweite Welle 2 mit dem zweiten Stirnrad ST4 verbunden. Die dritte Welle 3 ist in der gezeigten Ausführungsform mit einem Mehrganggetriebe MG verbunden, wobei das Mehrganggetriebe weiter über eine Abtriebswelle AB mit der stark vereinfacht dargestellten Fahrzeugachse AX verbunden ist. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a starting element according to the invention 100 , A first drive element A1 is connected via a first drive shaft AW1 to a first spur gear ST1 of a first gear stage GS1. The toothing of the first spur gear ST1 meshes with the toothing of a second spur gear ST2 of the first gear stage GS1. About a first wave 1 the second spur gear ST2 is connected to a sun gear S of a planetary gear set P and further to a clutch K. Through the coupling K are the first wave 1 and a third wave 3 connectable with each other. The clutch K is beyond the third shaft 3 connected to a planet carrier T of the planetary gear set P. The toothing of the planetary gears (not shown) of the planet carrier T meshes with the toothing of the sun gear S and with the toothing of a ring gear H of the planetary gear set P. A second drive element A2 is connected via a second drive shaft AW2 to a first spur gear ST3 of a second gear stage GS2 , The toothing of the first spur gear ST3 meshes with the teeth of a second spur gear ST4 of the second gear stage GS2. The ring gear H is about a second shaft 2 connected to the second spur gear ST4. The third wave 3 is connected in the embodiment shown with a multi-speed transmission MG, wherein the multi-speed transmission is further connected via an output shaft AB with the vehicle axle AX shown greatly simplified.

Die genannten Bauteile und Elemente sind dabei beginnend bei den Antriebselementen A1, A2 in der Reihenfolge erste Getriebestufe GS1, zweite Getriebestufe GS2, Planetenradsatz P, Kupplung K, Mehrganggetriebe MG, Fahrzeugachse AX angeordnet. Bei Ausführungsbeispielen, welche nicht über eine erste Getriebestufe GS1, eine zweite Getriebestufe GS2 oder über keine der Getriebestufen GS1, GS2 verfügen, handelt es sich bei der ersten Antriebswelle AW1 und der ersten Welle 1 um ein und dasselbe Bauteil bzw. bei der zweiten Antriebswelle AW2 und der zweiten Welle 2 um ein und dasselbe Bauteil. Bei Ausführungsformen, welche nicht über ein Mehrganggetriebe MG verfügen, handelt es sich bei der dritten Welle 3 und der Abtriebswelle AB um ein und dasselbe Bauteil. The components and elements mentioned are arranged starting from the drive elements A1, A2 in the order of first gear stage GS1, second gear stage GS2, planetary gear P, clutch K, multi-gear MG, vehicle axle AX. In embodiments which do not have a first gear stage GS1, a second gear stage GS2 or none of the gear stages GS1, GS2, the first drive shaft AW1 and the first shaft are concerned 1 around the same component or in the second drive shaft AW2 and the second shaft 2 around the same component. In embodiments that do not have a multi-speed transmission MG, it is the third shaft 3 and the output shaft AB to one and the same component.

Über das erste Antriebselement A1 wird in der vorliegenden Ausführungsform während eines Anfahrvorgangs eine Drehbewegung mit einer konstanten Drehzahl nA1, idealerweise in einem optimalen Betriebspunkt des ersten Antriebselements A1, in die erste Getriebestufe GS1 eingeleitet, wobei die Drehbewegung je nach Ausführung der ersten Getriebestufe GS1 eine Unter-/Übersetzung und/oder eine Drehrichtungsumkehr erfährt. Dabei ist die Kupplung K geöffnet, sodass die erste Welle 1 und die dritte Welle 3 nicht über die Kupplung K miteinander verbunden sind. Über das zweite Antriebselement A2 wird eine der Drehbewegung des ersten Antriebselements A1 entgegengesetzte Drehbewegung in die zweite Getriebestufe GS2 mit der Drehzahl nA2 eingeleitet, wobei auch diese je nach Ausführung der zweiten Getriebestufe GS2 eine Unter-/Übersetzung und/oder eine Drehrichtungsumkehr erfährt. Soweit das erste Antriebselement A1 und das zweite Antriebselement A2 mit der gleichen Drehzahl n1 betrieben werden, das heißt nA1 = nA2 = n1, resultiert daraus an der dritten Welle 3 die Drehzahl nW3. Dabei ist nA1 = nA2 = NW3 = n1. Hierbei handelt es sich um den sogenannten Synchronpunkt, das heißt insbesondere, dass die erste Welle 1 und die dritte Welle 3 mit derselben Drehzahl rotieren. Daher kann in diesem Moment die Kupplung K geschlossen werden. Zwischen dem ersten Antriebselement A1 und dem zweiten Antriebselement A2 besteht nun eine (dreh-)feste Verbindung. Über das Mehrganggetriebe MG kann nun noch, abhängig von Fahrstrategie und Streckenprofil, ein Schaltvorgang vorgenommen werden, um weitere Geschwindigkeitsbereiche zu realisieren. Jedoch ist alternativ anstatt eines Mehrganggetriebes auch ein Getriebe mit einem festen Übersetzungsverhältnis denkbar. In the present embodiment, during a starting operation, rotary motion is introduced via the first drive element A1 into the first gear stage GS1 at a constant rotational speed nA1, ideally at an optimum operating point of the first drive element A1, wherein the rotational movement, depending on the design of the first gear stage GS1, is sub - / Translation and / or a reversal of direction. The clutch K is open, so that the first shaft 1 and the third wave 3 not connected to each other via the coupling K. Via the second drive element A2, a rotational movement opposite to the rotational movement of the first drive element A1 is introduced into the second gear stage GS2 at the rotational speed nA2, whereby this, too, undergoes an under / gear ratio and / or a reversal of rotational direction, depending on the design of the second gear stage GS2. As far as the first drive element A1 and the second drive element A2 are operated at the same speed n1, that is nA1 = nA2 = n1, this results in the third shaft 3 the speed nW3. Where nA1 = nA2 = NW3 = n1. This is the so-called synchronization point, that is, in particular, that the first wave 1 and the third wave 3 rotate at the same speed. Therefore, at this moment, the clutch K can be closed. Between the first drive element A1 and the second drive element A2 there is now a (rotational) fixed connection. Via the multi-speed transmission MG now, depending on driving strategy and route profile, a switching operation can be made to realize more speed ranges. However, alternatively, instead of a multi-speed transmission, a transmission with a fixed transmission ratio is conceivable.

Nicht gezeigt sind in 1 entsprechende Steuergeräte, sowie ein möglicher Speicher zum Speichern der erzeugten Energie während eines generatorischen Betriebs des ersten und/oder zweiten Antriebselements A1, A2, insbesondere jedoch des zweiten Antriebselements A2 währen dieses mit einer negativen Drehzahl generatorisch betrieben wird. Not shown in 1 corresponding control devices, and a possible memory for storing the energy generated during a regenerative operation of the first and / or second drive element A1, A2, but in particular the second drive element A2 while this is operated with a negative speed generator.

Abweichend von der oben beschriebenen Ausführungsform sind auch weitere Ausführungsformen denkbar, bei denen bei ansonsten gleicher Anordnung das erste und das zweite Antriebselement in ihrer Anordnung vertauscht sind. Dementsprechend werden dann die Funktionen der Antriebselemente (z.B. generatorischer/motorischer Betrieb) auch in umgekehrter Weise an den bekannten Antriebswellen ausgeführt. Dies würde bedeuten, dass dann eine Drehbewegung des ersten Antriebselements A1 auf das Hohlrad H übertragbar ist und eine Drehbewegung des zweiten Antriebselements A2 auf das Sonnenrad S übertragbar ist, wodurch eine Drehbewegung an einem Getriebeausgang des Planetenradsatzes P resultiert. Unabhängig von der Ausführung ist es erforderlich, dass aufgrund des wechselnden vor- und rückwärtigen Fahrbetriebs eines Schienenfahrzeugs die Antriebselemente A1, A2 in zwei, einander entgegengesetzte Drehrichtungen sowohl motorisch, als auch generatorisch betreibbar sind. Hierdurch ist gewährleistet, dass das Schienenfahrzeug in beide Fahrtrichtungen die gleichen Fahrleistungen erzielen kann. Notwithstanding the embodiment described above, other embodiments are conceivable in which, with otherwise identical arrangement, the first and the second drive element are reversed in their arrangement. Accordingly, the functions of the drive elements (e.g., regenerative / motor operation) are then also performed in a reverse manner on the known drive shafts. This would mean that then a rotational movement of the first drive element A1 is transferable to the ring gear H and a rotational movement of the second drive element A2 is transferable to the sun gear S, whereby a rotational movement results in a transmission output of the planetary gear P. Regardless of the design, it is necessary that due to the changing forward and rearward driving operation of a rail vehicle, the drive elements A1, A2 in two opposite directions of rotation both motorized, as well as generically operable. This ensures that the rail vehicle can achieve the same performance in both directions.

2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Diagramm der Drehzahlverläufe während eines Anfahrvorgangs eines erfindungsgemäßen Anfahrelements 100. Dabei ist über die Abszisse die Zeit t und über die Ordinate die Drehzahl n aufgetragen. Die Abszisse und die Ordinate schneiden sich in einem Nullpunkt, das heißt zu einem Zeitpunkt t0 mit einer Drehzahl n0 = 0. Beginnend an dem Nullpunkt (Zeitpunkt t0) sind entlang der Abszisse die Zeitpunkte t1, t2 und t3 in der genannten Reihenfolge zueinander beabstandet aufgetragen, wobei die genannten Zeitpunkte durch senkrecht zu der Abszisse verlaufende Strich-Linien verdeutlicht werden. Entlang der Ordinate sind die Drehzahlen n1 und n2 aufgetragen, wobei die Drehzahl n1 oberhalb des Nullpunktes und die Drehzahl n2 unterhalb des Nullpunktes angeordnet sind. Darüber hinaus sind die Drehzahl nA1 des ersten Antriebselements A1 und die Drehzahl nA2 des zweiten Antriebselements A2 als Linie, sowie die Drehzahl nW3 der dritten Welle 3 als Strich-Punkt-Linie dargestellt. 2 shows a schematic representation of a diagram of the speed curves during a startup of a starting element according to the invention 100 , In this case, the time t is plotted over the abscissa and the speed n is plotted over the ordinate. The abscissa and the ordinate intersect at a zero point, that is to say at a time t0 at a speed n0 = 0. Beginning at the zero point (time t0), the times t1, t2 and t3 are plotted along the abscissa in the stated order , Wherein said points in time are illustrated by dashed lines running perpendicular to the abscissa. Along the ordinate, the rotational speeds n1 and n2 are plotted, wherein the rotational speed n1 above the zero point and the rotational speed n2 are arranged below the zero point. In addition, the rotational speed nA1 of the first drive element A1 and the rotational speed nA2 of the second drive element A2 as a line, and the rotational speed nW3 of the third shaft 3 shown as a dash-dot line.

Die 2 zeigt einen Anfahrvorgang des erfindungsgemäßen Anfahrelements 100. The 2 shows a starting operation of the starting element according to the invention 100 ,

Dieser Anfahrvorgang findet dabei zwischen den Zeitpunkten t0 und t2 statt. Das Intervall zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 stellt einen Fahrbetrieb dar, in welchem das Fahrzeug weiter beschleunigt, nicht jedoch anfährt. This starting process takes place between the times t0 and t2. The interval between the times t2 and t3 represents a driving operation in which the vehicle continues to accelerate but does not start.

Zum Zeitpunkt t0 nimmt die Drehzahl nA1 des ersten Antriebselements A1 den (positiven) Wert n1 an. Dieser bleibt bis zum Zeitpunkt t2 konstant. Die Drehzahl nA2 des zweiten Antriebselements A2 weist zum Zeitpunkt t0 den (negativen) Wert n2 auf, wobei sich der Betrag der Drehzahl nA2 über die Zeit verringert und zum Zeitpunkt t1 den Wert nA2 = 0 annimmt. Damit einher geht ein Anstieg der Drehzahl nW3, welche zum Zeitpunkt t0 noch den Wert nW3 = 0 aufweist, bis zum Zeitpunkt t1 jedoch kontinuierlich ansteigt, jedoch einen geringeren Betrag aufweist als die Drehzahl nA1. At time t0, the rotational speed nA1 of the first drive element A1 assumes the (positive) value n1. This remains constant until time t2. The rotational speed nA2 of the second drive element A2 has the (negative) value n2 at the time t0, the magnitude of the rotational speed nA2 decreasing over time and assuming the value nA2 = 0 at the time t1. This is accompanied by an increase in the speed nW3, which at time t0 still has the value nW3 = 0, but continues to increase until the time t1, but has a smaller amount than the speed nA1.

Um den Zeitpunkt t1 herum erfährt die Drehzahl nA2 eine Drehrichtungsumkehr, wobei sie zum Zeitpunkt t1 kurzzeitig den Wert nA2 = 0 annimmt. In dem Intervall zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 nimmt die Drehzahl nA2 einen positiven Wert an und steigt stetig an, bis sie zum Zeitpunkt t2 den Wert n1 erreicht. Auch die Drehzahl nW3 steigt in dem genannten Intervall von t1 bis t2 stetig an, wobei auch die Drehzahl nW3 zum Zeitpunkt t2 den Wert n1 erreicht. In dem Zeitpunkt t2 liegt somit der Synchronpunkt vor. Around the time t1, the rotational speed nA2 undergoes a reversal of the direction of rotation, where it temporarily assumes the value nA2 = 0 at the instant t1. In the interval between the times t1 and t2, the rotational speed nA2 assumes a positive value and increases steadily until it reaches the value n1 at the time t2. The speed nW3 also rises steadily in the mentioned interval from t1 to t2, wherein the speed nW3 also reaches the value n1 at the time t2. At the time t2, the synchronization point is thus present.

In dem Intervall von t0 bis t1 wird das zweite Antriebselement A2 generatorisch betrieben. Dies bedeutet, dass dem System dahin gehend Energie entzogen wird, dass durch das gestellte (Dreh-)Moment entweder elektrische Energie erzeugt wird, oder beispielsweise bei einem hydrostatischen Antriebselement ein Druck in einem Speicherelement aufgebaut wird. Hydrostatische Antriebselemente haben den Vorteil, dass diese besonders hohe Momente bewerkstelligen können. Soweit elektrische Energie in dem generatorischen Betrieb erzeugt wird, kann diese entweder einem Speicher zugeführt werden, in das Bordnetz oder Bahnstrom eingespeist werden, oder zum Betreiben des ersten Antriebselements A1 verwendet werden. In letztem Fall führt dies dazu, dass weniger Energie dem Bahnstrom entnommen werden muss. In the interval from t0 to t1, the second drive element A2 is operated as a generator. This means that the system is deprived of energy that either electrical energy is generated by the asked (rotational) torque, or, for example, in a hydrostatic drive element, a pressure is built up in a storage element. Hydrostatic drive elements have the advantage that they can accomplish particularly high torques. As far as electrical energy is generated in the generator operation, this can either be supplied to a memory, are fed into the electrical system or traction current, or used to operate the first drive element A1. In the latter case, this means that less energy has to be taken from the traction current.

In dem Intervall von t1 bis t2 wird das zweite Antriebselement A2 motorisch betrieben. Dies bedeutet, dass durch das zweite Antriebselement aktiv ein Drehmoment eingeleitet wird. Soweit während des generatorischen Betriebs des zweiten Antriebselements die gewonnene Energie einem Speicher zugeführt wurde, kann die Energie diesem im motorischen Betrieb wieder entnommen werden. Auch dies führt dazu, dass weniger Energie dem Bahnstrom entnommen werden muss. In the interval from t1 to t2, the second drive element A2 is operated by a motor. This means that a torque is actively initiated by the second drive element. As far as the energy recovered was supplied to a memory during the regenerative operation of the second drive element, the energy can be removed this again in the engine operation. This also means that less energy has to be taken from the traction current.

Soweit die Energieversorgung des zweiten Antriebselements A2 ausschließlich über einen Speicher erfolgt, so kann bei vollständig entleertem Speicher oder bei einem Defekt die Kupplung K im Stillstand geschlossen werden und dennoch, wenn auch in einem Notbetrieb, also mit eingeschränkter Leistungsfähigkeit des Anfahrelements, die Fahrt fortgesetzt werden. Das beschriebene Anfahrelement eignet sich insbesondere für die Anwendung in Schienenfahrzeugen, welche eine häufige Anfahr- und Bremsvorgänge durchlaufen, da hier ständig ein Wechsel zwischen generatorischem und motorischem Betrieb des zweiten Antriebselements A2 erfolgt. As far as the power supply of the second drive element A2 takes place exclusively via a memory, so can completely emptied Memory or a defect in the clutch K are closed at a standstill and yet, albeit in an emergency operation, so with limited performance of the starting element, the ride continued. The starting element described is particularly suitable for use in rail vehicles, which undergo frequent starting and braking operations, since there is a constant change between regenerative and motor operation of the second drive element A2.

In dem Intervall von t2 bis t3 erfolgt eine Beschleunigung des Schienenfahrzeugs dadurch, dass die Drehzahl nA1 mit der Drehzahl nW3 in gleichem Umfang ansteigt. Aufgrund der Darstellung ist der Anstieg der Drehzahl nA1 hier nicht gezeigt, er deckt sich jedoch mit dem Verlauf der Drehzahl nW3. In the interval from t2 to t3, an acceleration of the rail vehicle takes place in that the rotational speed nA1 increases to the same extent with the rotational speed nW3. Due to the representation of the increase in the speed nA1 is not shown here, but it coincides with the course of the speed nW3.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: erste Welle first wave
2 2: zweite Welle second wave
3 3: dritte Welle third wave
100 100: Anfahrelement starting element
A1 A1: erstes Antriebselement first drive element
A2 A2: zweites Antriebselement second drive element
AB FROM: Abtriebswelle output shaft
AW1 AW1: erste Antriebswelle first drive shaft
AW2 AW2: zweite Antriebswelle second drive shaft
AX AX: Fahrzeugachse vehicle axle
GS1 GS1: erste Getriebestufe first gear stage
GS2 GS2: zweite Getriebestufe second gear stage
H H: Hohlrad ring gear
K K: Kupplung clutch
MG MG: Mehrganggetriebe Multi-speed transmission
n n: Drehzahl rotation speed
n0 n0: Drehzahl rotation speed
n1 n1: Drehzahl rotation speed
nA1 n A1: Drehzahl erstes Antriebselement A1 Speed of the first drive element A1
nA2 n A2: Drehzahl zweites Antriebselement A2 Speed second drive element A2
nW3 NW3: Drehzahl dritte Welle 3 Speed third shaft 3
P P: Planetenradsatz planetary gear
S S: Sonnenrad sun
ST1 ST1: erstes Stirnrad GS1 first spur gear GS1
ST2 ST2: zweites Stirnrad GS1 second spur gear GS1
ST3 ST3: erstes Stirnrad GS2 first spur gear GS2
ST4 ST4: zweites Stirnrad GS2 second spur gear GS2
T T: Planetenträger planet carrier
t t: Zeit Time
t0 t0: Zeitpunkt t0 Time t0
t1 t1: Zeitpunkt t1 Time t1
t2 t2: Zeitpunkt t2 Time t2
t3 t3: Zeitpunkt t3 Time t3

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005040153 A1 [0003]

Claims

Starting element ( 100 ), comprising at least a first drive element (A1), a second drive element (A2), a planetary gear set (P) and a clutch (K), the planetary gear set (P) a sun gear (S), at least one planet carrier (T) with planetary gears and a ring gear (H), characterized in that a rotational movement of the first drive element (A1) on the sun gear (S) is transferable and a rotational movement of the second drive element (A2) on the ring gear (H) is transferable, whereby a rotational movement a transmission output of the planetary gear set (P) results.

Starting element ( 100 ) according to claim 1, characterized in that the first drive element (A1) with a first shaft ( 1 ), the first wave ( 1 ) further connected to the sun gear (S) of the planetary gear set (P), the second drive element (A2) operatively connected to a second shaft ( 2 ), the second wave ( 2 ) further connected to the ring gear (H) and the planet carrier (T) via a third shaft ( 3 ) is connected to the transmission output of the planetary gear set (P).

Starting element ( 100 ) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the first wave ( 1 ) via the coupling (K) with the third shaft ( 3 ) is rotatably connected.

Starting element ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that between the first drive element (A1) and the first shaft ( 1 ) A first gear stage (GS1) is arranged.

Starting element ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that between the second drive element (A2) and the second shaft ( 2 ) A second gear stage (GS2) is arranged.

Starting element ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the planetary gear set (P) via the third shaft ( 3 ) is connected to a multi-speed transmission (MG).

Starting element ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first drive element (A1) and / or the second drive element (A2) are both motorized, as well as generically operable.

Method for operating a starting element ( 100 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that at a starting operation, starting at a time t0, the clutch (K) is opened, the first drive element (A1) with a constant speed (nA1) is operated by a motor, while the second drive element (A2) with a changing speed (nA2) is initially operated as a generator, wherein from the ratio between the speed (nA1) of the first drive element (A1) and the speed (nA2) of the second drive element (A2) at the transmission output of Planetary gear set (P) a changing output speed (nW3) results.

Method for operating a starting element ( 100 ) according to claim 8, characterized in that the second drive element (A2), starting at the time t0 to a time t1 rotates in a first direction of rotation, the speed (nA2) with increasing time (t) assumes a smaller amount until the second Drive element (A2) at time t1 is stationary and starting from the time t1 in a second, the first direction of rotation opposite direction of rotation rotates, wherein the speed (nA2) takes a larger amount with increasing time.

Method for operating a starting element ( 100 ) according to claim 9, characterized in that at a time t2, the rotational speed (nA1) of the first drive element (A1), the rotational speed (nA2) of the second drive element (A2) and the output rotational speed (nW3) at the transmission output of the planetary gear set (P) assume the same value (n2), and the clutch (K) is closed, whereby a rotationally fixed connection between the first shaft ( 1 ) and the third wave ( 3 ) will be produced.

Method for operating a starting element ( 100 ) According to claim 10, characterized in that starting of the starting process is completed at the time t2 and an increase in the output speed (NW3) is achieved in that the rotational speed (n A1) of the first drive element (A1) and / or the rotational speed (nA2) of second drive element (A2) is further increased.

Use of a starting element ( 100 ) according to one of claims 1 to 7 in a rail vehicle, wherein the starting element ( 100 ) is operated according to a method according to claims 8 to 11 and a rotational movement of an output shaft (AB) is transmitted to at least one vehicle axle (AX) of the rail vehicle.