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Die Erfindung betrifft einen Schienenfahrzeugantrieb und ein Verfahren zur Schaltsteuerung zumindest eines automatisierten Schaltgetriebes in einem elektromotorisch angetriebenen Fahrzeug, insbesondere in einem Schienenfahrzeug.
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Aus der
DE 10 2014 213 010.7 des Anmelders ist ein Schienenfahrzeugantrieb mit einem elektrischen Antriebsmotor, einem automatisierten Schaltgetriebe und mit antreibbaren Triebrädern bekannt, bei dem das Schaltgetriebe zwei Vorwärtsgangstufen aufweist. In der genannten Schrift ist beschrieben, dass eine Drehzahlerfassungseinrichtung zur Erfassung von Abtriebsdrehzahlen mit einer Steuereinrichtung, beispielsweise einem Zugsteuergerät, verbunden ist. Somit können die Schaltvorgänge in dem Schaltgetriebe von der Getriebesteuerung unter Berücksichtigung der Abtriebsdrehzahlen gesteuert werden.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung den eingangs genannten Schienenfahrzeugantrieb weiter zu verbessern und ein verbessertes Verfahren zur Schaltsteuerung eines Schaltgetriebes in einem elektromotorisch angetriebenen Fahrzeug anzugeben.
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Die Lösung dieser Aufgaben wird erreicht durch einen Schienenfahrzeugantrieb gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren nach den Merkmalen von Anspruch 4. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen hervor.
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Der beanspruchte Schienenfahrzeugantrieb umfasst einen Antriebsmotor, ein automatisiertes Schaltgetriebe mit mindestens zwei Gangstufen in einer Fahrtrichtung und zumindest ein antreibbares Triebrad. Das Triebrad kann beispielsweise Teil eines Treibradsatzes sein, der an einem Drehgestell des Schienenfahrzeugs angeordnet ist. Der Schienenfahrzeugantrieb weist des Weiteren eine Steuereinrichtung auf, die mit einem Drehzahlsensor zur Erfassung von Abtriebsdrehzahlen verbunden ist. Die Steuereinrichtung steuert die Schaltvorgänge in dem Schaltgetriebe unter Berücksichtigung der Abtriebsdrehzahlen. Des Weiteren umfasst der Schienenfahrzeugantrieb eine Schleuderschutzeinrichtung, die mit der Steuereinrichtung verbunden ist.
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Die Verbindung der Steuereinrichtung mit der Schleuderschutzeinrichtung des Schienenfahrzeugs ermöglicht, dass zur Steuerung der Schaltvorgänge in dem Schaltgetriebe auch die von der Schleuderschutzeinrichtung bereitgestellten Daten berücksichtigt werden. Insbesondere können so unvorteilhafte Fahrzustände vermieden oder zumindest reduziert werden, indem Schaltungen im Schaltgetriebe unterdrückt werden, wenn ein Schleuderzustand bereits vorliegt oder droht einzutreten. Ein Schleuderzustand liegt dann vor, wenn zumindest ein Triebrad keine volle Traktion auf der Schiene hat, mit anderen Worten, wenn das Triebrad auf der Schiene durchdreht. Dieser unerwünschte Zustand wird auch Gleitzustand genannt.
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Der Antriebsmotor ist vorzugsweise als Elektromotor ausgebildet, beispielsweise als Drehstrom-Asynchronmaschine. Durch das Umkehren der Drehrichtung des Elektromotors kann die Fahrtrichtung des Schienenfahrzeuges umgekehrt werden, sodass in jede Fahrtrichtung zumindest zwei Gangstufen vorliegen, wie es bei Schienenfahrzeugen in der Regel gefordert wird. Eine erste Gangstufe mit einem hohen Übersetzungsverhältnis kann dabei beispielsweise als Anfahrgang und bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten genutzt werden, während eine zweite Gangstufe für höhere Fahrzeuggeschwindigkeiten eingeschaltet wird.
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Der Drehzahlsensor kann aus mehreren Einzelteilen bestehen und auf verschiedenen bekannten Technologien basieren. Beispielsweise kann ein Drehimpulsgeber verwendet werden, der mit photoelektrischer oder magnetischer Abtastung funktioniert. Die Abtriebsdrehzahlen sind entweder die Drehzahlen des Triebrades selbst oder Drehzahlen, die in unabhängig von der eingelegten Gangstufe in einem festen Verhältnis zu den Drehzahlen des Triebrades stehen.
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Schleuderschutzeinrichtungen für Schienenfahrzeuge sind hinreichend bekannt. Lediglich beispielhaft wird dazu auf die
DE 3242553 A1 verwiesen.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann eine einzige, zentrale Zugsteuereinrichtung die Steuereinrichtungen aller Schienenfahrzeugantriebe eines Schienenfahrzeuges oder eines Triebwagenzuges umfassen. Alternativ ist jedoch auch die Verwendung von dezentral angeordneten Steuereinrichtungen möglich, wobei beispielsweise für jeden Antriebsstrang des Schienenfahrzeuges eine separate Steuereinrichtung vorgesehen ist.
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Ferner wird ein Verfahren zur Schaltsteuerung eines automatisierten Schaltgetriebes in einem elektromotorisch angetriebenen Schienenfahrzeug vorgeschlagen, bei dem eine Steuereinrichtung Schaltvorgänge in dem Schaltgetriebe mit Hilfe von Abtriebsdrehzahlen steuert. Erfindungsgemäß berücksichtigt die Steuereinrichtung Daten einer Schleuderschutzeinrichtung zur Steuerung der Schaltvorgänge. Bei Vorliegen eines Gleit- bzw. Schleuderzustandes kann die Steuereinrichtung Schaltungen in dem Schaltgetriebe unterdrücken. Dadurch wird verhindert, dass die Steuereinrichtung im Falle eines schleudernden, d.h. durchdrehenden Triebrades und der entsprechend hohen Abtriebsdrehzahl einen Schaltvorgang in dem Schaltgetriebe auslöst, obwohl dies aufgrund der Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs nicht sinnvoll ist.
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Bevorzugt werden Schaltungen in dem Schaltgetriebe bereits unterdrückt, wenn die Steuereinrichtung erkennt, dass ein Schleuderzustand einzutreten droht. Einen solchen kritischen Zustand kann die Steuereinrichtung aufgrund von aktuell gemessenen und/oder in einem Speicher der Steuereinheit bereitgestellten Daten über die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrzeugbeschleunigung bzw. -verzögerung, Fahrwiderstände wie Beladung, Fahrzeuggewicht, Steigung, Zustand der Radreifen und Schienen, etc. berechnen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figur beispielhaft näher erläutert. Die Figur zeigt einen erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugantrieb in schematischer Darstellung.
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Das in der Figur dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt ein Schienenfahrzeug 1 mit zwei angetriebenen Triebachsen 10 und 20. Das Schienenfahrzeug 1 kann beispielsweise Teil eines Triebwagenzuges sein, der aus mehreren derartigen Schienenfahrzeugen zusammengestellt ist.
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Die Antriebsstränge zum Antreiben der beiden Treibachsen 10 und 20 sind im Wesentlichen gleich aufgebaut. Sie umfassen jeweils einen Antriebsmotor 11 bzw. 21, ein Schaltgetriebe 12 bzw. 22 und eine Radsatzwelle 14 bzw. 24 mit jeweils zwei daran angeordneten Triebrädern 15 bzw. 25. Weitere Einzelheiten der beiden Antriebsstränge werden im Folgenden anhand eines Antriebsstranges erläutert.
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Der Antriebsmotor 11, 21 ist über eine Wellenverbindung 17, 27 mit dem Schaltgetriebe 12, 22 antriebswirksam verbunden. Die Wellenverbindung 17, 27 kann beispielsweise auch eine nichtschaltbare, elastische oder kardanische Kupplung umfassen, durch die ein winkeliger, radialer und axialer Versatz sowie Relativbewegungen zwischen dem Antriebsmotor und dem Schaltgetriebe durch die Kupplung ausgeglichen werden können.
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Das Schaltgetriebe 12, 22 ist in diesem Ausführungsbeispiel als achsreitendes Getriebe ausgeführt, d.h. es stützt sich zumindest teilweise auf der Radsatzwelle 14, 24 ab. Der Antriebsmotor 11, 21 ist dagegen in einem nicht dargestellten Fahrzeugrahmen oder einem Drehgestell des Schienenfahrzeuges 1 gelagert. Eine solche Anordnung wird auch teilabgefederter Antrieb genannt. Das Schaltgetriebe 12, 22 umfasst einen Aktuator 13, 23, mit dem verschiedenen Übersetzungsverhältnisse bzw. Gangstufen in dem Schaltgetriebe 12, 22 eingestellt werden können. Dabei kann es sich beispielsweise um einen elektromechanischen, elektromagnetischen oder einen druckmittelbetätigten Aktuator handeln.
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Die Radsatzwelle 14, 24 verläuft durch das Schaltgetriebe 12, 22 hindurch und wird beispielsweise über ein verdrehfest auf der Radsatzwelle 14, 24 angeordnetes Zahnritzel von einem Zahnrad des Schaltgetriebes angetrieben. Die Radsatzwelle 14, 24 weist in ihren Endbereichen jeweils ein verdrehfest mit der Radsatzwelle 14, 24 verbundenes Triebrad 15, 25 auf, über die das Schienenfahrzeug 1 auf ortsfesten Schienen angetrieben wird.
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Eine Schleuderschutzeinrichtung 40 umfasst unter anderem einen Drehzahlsensor 16, 26 zum Erfassen der jeweiligen Abtriebsdrehzahl. Die Schleuderschutzeinrichtung 40 erstreckt sich darüber hinaus auch auf Teile der Steuervorrichtung 2, in der die mittels der Drehzahlsensoren 16 und 26 erfassten Abtriebsdrehzahlen mit einer anderweitig erfassten Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs 1 verglichen werden, um etwaige Schleuder- bzw. Gleitzustände festzustellen. Die Drehzahlsensoren 16 und 26 sind in diesem Ausführungsbeispiel an den Triebrädern 15 bzw. 25 angeordnet. Es ist jedoch auch möglich die Drehzahlsensoren zur Erfassung der Abtriebsdrehzahlen an anderen rotierenden abtriebsseitigen Komponenten der Antriebsstränge anzuordnen. Geschwindigkeitsmesser zur Ermittlung der aktuellen Fahrgeschwindigkeit sind dem Fachmann bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht weiter beschrieben.
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Um die beschriebene Funktion der Steuereinrichtung 30 zu ermöglichen umfasst der Schienenfahrzeugantrieb verschiedene Datenverbindungen, die sowohl als feste Kabelverbindungen als auch drahtlos ausgeführt sein können. Ebenso können die Datenverbindungen ganz oder teilweise in Form eines Datenbussystems, beispielsweise als CAN-Bus, realisiert sein.
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Diese Datenverbindungen umfassen in diesem Beispiel jeweils eine Datenverbindung 31 bzw. 32 zwischen der Steuereinrichtung 30 und den Antriebsmotoren 11 und 21. Die Steuereinrichtung 30 gibt den Antriebsmotoren 11 und 21 über die Datenverbindung 31 bzw. 32 jeweils Drehzahl- und/oder Drehmomentvorgaben. Über die Datenverbindungen 33 und 34 erhält die Steuereinrichtung 30 Informationen über die aktuellen Antriebsdrehzahlen der beiden Antriebsmotoren 11 bzw. 21. Daten zu der aktuellen Abtriebsdrehzahl an jedem Antriebsstrang werden von dem jeweiligen Drehzahlsensor 16 bzw. 26 über die Datenverbindungen 37 bzw. 38 an die Steuereinrichtung 30 übermittelt.
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Über die Datenverbindungen 35 und 36 steuert die Steuereinrichtung 30 die Schaltvorgänge in den Schaltgetrieben 12 und 22 zum Einlegen der jeweils gewünschten Gangstufe. Dazu wird von der Steuereinrichtung 30 über die Datenverbindung 35, 36 jeweils der Aktuator 13 bzw. 23 des Schaltgetriebes 12 bzw. 22 angesteuert und aktiviert, sodass der Aktuator die gewünschte Gangstufe zu einem von der Steuereinrichtung 30 berechneten Zeitpunkt einschaltet. Zur Steuerung der Schaltvorgänge in den Schaltgetrieben 11 und 21 kann die Steuereinrichtung 30 die über die Datenverbindungen 33 und 34 übertragenen Antriebsdrehzahlen und die jeweiligen Abtriebsdrehzahlen verwenden.
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Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren berücksichtigt die Steuereinrichtung Daten der Schleuderschutzeinrichtung 40 zur Steuerung der Schaltvorgänge. Insbesondere können so Schaltvorgänge von der Steuereinrichtung 30 unterdrückt werden, wenn von der Schleuderschutzeinrichtung 40 signalisiert wird, dass ein Schleuderzustand vorliegt oder einzutreten droht. Dadurch wird verhindert, dass die Steuereinrichtung im Falle eines schleudernden Triebrades und der entsprechend hohen Abtriebsdrehzahl einen Schaltvorgang in dem Schaltgetriebe auslöst, obwohl dies aufgrund der Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs nicht sinnvoll ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schienenfahrzeug
- 10
- Treibachse
- 11
- Antriebsmotor
- 12
- Schaltgetriebe
- 13
- Aktuator
- 14
- Radsatzwelle
- 15
- Triebrad
- 16
- Drehzahlsensor
- 17
- Wellenverbindung
- 20
- Treibachse
- 21
- Antriebsmotor
- 22
- Schaltgetriebe
- 23
- Aktuator
- 24
- Radsatzwelle
- 25
- Triebrad
- 26
- Drehzahlsensor
- 27
- Wellenverbindung
- 30
- Steuereinrichtung
- 31
- Datenverbindung
- 32
- Datenverbindung
- 33
- Datenverbindung
- 34
- Datenverbindung
- 35
- Datenverbindung
- 36
- Datenverbindung
- 37
- Datenverbindung
- 38
- Datenverbindung
- 40
- Schleuderschutzeinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014213010 [0002]
- DE 3242553 A1 [0009]
