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Die Erfindung betrifft einen Traktionsantrieb mit einem Antriebsstrang mit zumindest einer dynamoelektrischen Maschine, insbesondere einer permanenterregten dynamoelektrischen Maschine mit einer Antriebswelle.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Verwendung eines derartigen Traktionsantriebs.
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Als dynamoelektrische Maschine für Traktionsantriebe werden aufgrund der erreichbaren hohen Leistungs- und Drehmomentdichte besonders permanenterregte Synchronmotoren eingesetzt. Nachteilig dabei ist, dass die Erregung der Motoren durch die eingesetzten Permanentmagnete im Rotor nicht abschaltbar ist. Wenn also beispielsweise der Antriebsumrichter ausfällt, wird der Motor, wegen der dann immer noch vorhandenen Erregung im Betrieb des Traktionsfahrzeuges als Generator betrieben. Der nunmehr als Generator fungierende permanenterregte Synchronmotor erzeugt elektrische Energie. Es muss jedoch verhindert werden, dass diese Energie zurückgespeist wird und dabei Schäden an der dynamoelektrischen Maschine und/oder am Umrichter verursacht.
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Um zu verhindern, dass die elektrische Energie aus dem als Generator arbeitenden Fahrmotor in Teilen des Fahrzeugs Schäden anrichtet, wird bekanntermaßen die elektrische Verbindung des Motors mit dem Umrichter durch Schaltschütze unterbrochen. Diese Schütze sind als zusätzliche Bauteile im Umrichter eingebaut. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass die Schütze sicher angesteuert werden müssen und dass dafür ein zusätzlicher Einbauraum innerhalb des Traktionsfahrzeugs benötigt wird.
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Aus der
DE 10 2013 104 558 A1 ist ein Antriebsstrang für einen Schienenfahrzeugwagen bekannt, der eine Radsatzwelle und ein Großrad umfasst und zum Übertragen eines Drehmoments vor einer Antriebseinheit auf eine Radsatzwelle vorgesehen ist. Eine Überlastkupplung mit vorgegebenen Schaltmomenten ist drehfest mit der Radsatzwelle verbunden und koppelt das Großrad drehfest mit der Radsatzwelle. Die Überlastkupplung gibt bei Überschreiten des Schaltmoments das Großrad gegenüber der Radsatzwelle frei. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass eine Überlast anstehen muss um nunmehr das Großrad gegenüber einer Radsatzwelle freizubekommen und keinen generatorischen Effekt zu erzeugen.
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Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Traktionsantrieb zu schaffen, der sicher verhindert, dass insbesondere ein als permanenterregter Synchronmotor eingesetzter Fahrmotor in einem Fehlerfall elektrische Energie erzeugt.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch einen Traktionsantrieb mit einem Antriebsstrang mit zumindest einer dynamoelektrischen Maschine, insbesondere einer permanentmagneterregten dynamoelektrischen Maschine, mit einer Antriebswelle, mit zumindest einer schaltbaren Kupplung und einer Radsatzwelle oder eines Rades.
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Durch die schaltbare Kupplung wird im Fehlerfall der Fahrmotor vom Antriebsstrang getrennt. Durch die Unterbrechung der mechanischen Verbindung läuft der Fahrmotor nun bis zum Stillstand aus und kann damit keine Energie mehr erzeugen.
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Ebenso ist auch vorstellbar, dass die schaltbare Kupplung so dimensioniert ist, dass sie nur ein begrenztes Drehmoment übertragen kann. Das Drehmoment wird so gewählt, dass alle Betriebsfälle damit abgedeckt werden, wie z.B. maximales Anfahrmoment, maximales Bremsmoment. Treten nunmehr größere Momente auf, z.B. Kurzschlussmomente, dann rutscht die Kupplung durch. Das beinhaltet den Vorteil, dass der Antriebsstrang nicht für diese Kurzschlussmomente dimensioniert sein muss und damit kostengünstiger ausgeführt werden kann.
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Als schaltbare Kupplungen sind vorzugsweise elektromagnetisch wirkende Lamellenkupplung oder elektromagnetisch geschaltete Zahnkupplungen geeignet.
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Auch die Anordnung der schaltbaren Kupplung innerhalb des Antriebsstranges hängt vom Fahrzeugtyp, d.h. vom Traktionsantrieb selbst ab. Bei Schienenfahrzeugen ist der Einbauort vorzugsweise zwischen Ende der Antriebswelle und dem Eingang zum Getriebe anzuordnen während es bei Einzelradantrieben insbesondere bei E-Cars durchaus Sinn macht, die schaltbare Kupplung zwischen Ausgang des Getriebes und den angetriebenen Rad anzuordnen, um beim Fehlerfall nicht zusätzlich das Getriebe schmieren zu müssen.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung entfällt nunmehr die aufwändige Ansteuerung und die Konstruktion der Schütze zur Trennung des, insbesondere defekten Fahrmotors von seinem Umrichter.
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Insbesondere bei Schienenfahrzeugen ist der dafür vorgesehene Platz bei den Unterflurkomponenten so begrenzt, da nur die Wagenlänge zur Verfügung steht. Mit dem erfindungsgemäßen Konzept des Traktionsantriebs können die Schütze für die elektrische Abtrennung der Motorleitungen entfallen. Damit wird Bauraum pro Drehgestell von ca. einem halben Meter eingespart.
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Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand eines dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Darin zeigen:
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1 bis 4 unterschiedliche Traktionsantriebe und Einsatzgebiete der erfindungsgemäßen Lösung,
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5 einen Teillängsschnitt eines Antriebsstrangs.
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1 zeigt einen Tatzlagermotor, der über ein Getriebe 4 eine Radsatzwelle 2 antreibt, an der die Treibräder 8 angeordnet sind. Auch bei dieser Anordnung ist es zwischen einer Motorwelle 15 im Antriebsstrang und dem Getriebe 4 eine Kupplungsanordnung 5 vorgesehen, die zumindest eine elektromagnetisch schaltbare Lamellenkupplung oder eine elektromagnetisch schaltbare Zahnkupplung aufweist. Im axial weiteren Verlauf des Antriebsstrangs vom Ende der Motorwelle aus betrachtet, ist zwischen der Lamellenkupplung oder der Zahnkupplung eine Bogenzahnkupplung® vorgesehen, die vor allem wenn der Fahrmotor 3 als permanenterregter Synchronmotor ausgeführt ist, zum Abschalten geeignet ist.
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Auch ein Traktionsantrieb 1 nach 2, der einen Schwebemotor aufweist, ist mit einer erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung 5 ausgestattet und kann somit im Fehlerfall den Antriebsstrang trennen. Ebenso ist eine derartige Kupplungsanordnung bei einem Traktionsantrieb 1 nach 3 mit einem Gestellmotor mit einer Ankerhohlwelle möglich, die aber aus zeichnerischen Gründen nicht näher dargestellt ist.
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Auch bei einem Traktionsantrieb 1 mit Gestellmotor gemäß 4 mit einer Kardanhohlwelle ist die Kupplungsanordnung 5 einsetzbar und dabei zwischen Ende der Motorwelle 15 und dem Getriebeeingang angeordnet.
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Bei diesen prinzipiell zeichnerischen Darstellungen unterschiedlicher Traktionsantriebskonzepte gemäß 1 bis 4 mit einer erfindungsgemäße Kupplungsanordnung sind ggf. zusätzlich technisch notwendige Lageranordnungen, insbesondere von Ritzeln der Getriebe 4 für eine technische Umsetzung nicht dargestellt.
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5 zeigt nunmehr in einem partiellen Längsschnitt, eine Motorwelle 15 mit einem Wellenabsatz 16, wobei der Wellenabsatz 16 zur Anordnung der Lager 11 der Motorwelle 15 als auch zur Aufnahme der elektromagnetischen Lamellenkupplung 18 dient. Durch den Wellenabsatz 16 wird eine definierte Positionierung der oben beschriebenen Elemente auf der Motorwelle 15 geschaffen. Axial im Anschluss an diesen Antriebsstrang schließt sich eine Bogenzahnkupplung® 7 an, die das Drehmoment an eine Getriebeeingangsstufe eines Getriebes 4 weiterleitet.
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Die Lamellenkupplung 18 weist wenigstens eine Innen- und eine Außenlamelle auf, wobei die Innenlamelle mit der Motorwelle 15 verzahnt und die Außenlamelle von einem innenverzahnten, rohrförmigen Träger aufgenommen wird. Da das zu übertragende Drehmoment bei Traktionsantrieben vergleichsweise hoch ist, sind mehrere Innen- und Außenlamellen abwechselnd axial hintereinander angeordnet, so dass bei gleicher Betätigungskraft durch die größeren Belagsflächen höhere Momente übertragbar sind. Im axialen Anschluss ist nunmehr der Träger 20 mit einem Zahnrad verbunden, das über eine Hülse mit einem weiteren Zahnrad verbunden ist. Vorteil der damit bezeichneten Bogenzahnkupplung® ist, dass ein axialer Wellenversatz ein radialer Wellenversatz und ein winkliger Wellenversatz ausgeglichen werden kann, was insbesondere bei Traktionsantrieben 1 von Vorteil ist.
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Die Kupplungsanordnung 5 weist somit eine elektromagnetisch schaltbare Lamellenkupplung oder eine elektromagnetisch schaltbare Zahnkupplung aufweist, wobei im axial weiteren Verlauf des Antriebsstrangs vom Ende der Motorwelle 15 aus betrachtet, zwischen der Lamellenkupplung oder der Zahnkupplung eine Bogenzahnkupplung® vorgesehen ist.
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Die Verwendung eines derartigen Antriebsstranges ist besonders vorteilhaft, wenn bei Schienenfahrzeugen, Mining-Tracks oder E-Cars, permanenterregte Synchronmotoren eingesetzt werden, und im Fehlerfall eine Weiterfahrt aufgrund der anderen intakten Antriebsstränge notwendig ist, um damit eine Energieerzeugung am defekten Antriebsstrang zu vermeiden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013104558 A1 [0005]
