DE1133419B - Drive set with electric motor and hydromechanical gear, especially for rail vehicles - Google Patents
Drive set with electric motor and hydromechanical gear, especially for rail vehiclesInfo
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Description
Antriebssatz mit Elektromotor und hydromechanischem Getriebe, insbesondere für Schienenfahrzeuge Bei elektrischen Lokomotiven und Triebwagen, denen die elektrische Energie von einer ortsfesten Fahrdrahtleitung über einen Stromabnehmer zugeführt wird, bereitet die Verwendung des in Industrienetzen normalerweise zur Verfügung stehenden Drehstromes für eine Frequenz von 50 Perioden/sec erhebliche Schwierigkeiten. Aus diesem Grunde hat man für den elektrischen Bahnbetrieb vielfach eigene Netze mit kleinerer Frequenz (meist mit 162/-, oder 25 Perioden/sec) ausgeführt, um als Fahrmotoren Kommutatormotoren mit ihrer guten Geschwindigkeitsregelung, ihrem hohen Leistungsfaktor und großem Anfahrmoment verwenden zu können. Dieser besondere Bahnstrom ist jedoch teuerer als der üb- liche Landesnetzstrom. Außerdem ist bei Kommutatonnotoren ein elektrisches Bremsen nur durch Energievernichtung in Widerständen möglich, eine Nutzbremsung mit Rückspeisung ins Netz ist somit hierbei nicht anwendbar. Ferner neigen Kommutatormotoren zur Funkenbildung, und zwar um so stärker, je höher die Netzfrequenz ist.Drive set with electric motor and hydromechanical gearbox, especially for rail vehicles In electric locomotives and railcars to which the electrical energy is supplied from a fixed contact wire line via a pantograph, the use of the three-phase current normally available in industrial networks for a frequency of 50 periods / sec is considerable Trouble. For this reason, separate networks with a lower frequency (mostly with 162 / - or 25 periods / sec) have often been implemented for electrical rail operations in order to be able to use commutator motors with their good speed control, high power factor and high starting torque as traction motors. However, this special traction current is more expensive than the usual national grid electricity. In addition, with commutaton motors, electrical braking is only possible by destroying energy in resistors, so regenerative braking with feedback into the network cannot be used here. Furthermore, commutator motors tend to form sparks, the more so the higher the line frequency.
Bei einer weiteren, vor allem im Ausland benutzten Ausführung sind die elektrischen Lokomotiven mit besonderen Gleichrichtern versehen, die den normalen 50-Hertz-Drehstrom in Gleichstrom umwandeln und wobei dann regelbare Gleichstrom-Fahrmotoren verwendet werden. Eine Nutzbremsung ist jedoch auch hiermit nicht möglich. Ferner werden auch sogenannte Umformerlokomotiven ausgeführt, die einen Elektromotor konstanter Betriebsdrebzahl, einen hiervon angetriebenen Generator sowie Fahrmotoren aufweisen. Die letztgenannte Ausführung ermöglicht zwar eine Nutzbremsung, sie erfordert aber andererseits drei je für die volle Leistung ausgelegte elektrische Maschinengruppen und ist daher teuer und schwer.In a further version, mainly used abroad, the electric locomotives are equipped with special rectifiers that convert the normal 50 Hertz three-phase current into direct current and with controllable direct current traction motors being used. Regenerative braking is not possible with this either. Furthermore, so-called converter locomotives are also designed, which have an electric motor of constant operating speed, a generator driven by this, and traction motors. The last-mentioned embodiment allows regenerative braking, but on the other hand requires three electrical machine groups each designed for full power and is therefore expensive and heavy.
Ferner ist auch schon ein elektrohydraulischer Antrieb mit einem einfachen Elektromotor und einem nichtreaelbaren Strömungswandler (hydrodynamisehen Wandler) bekanntgeworden. Des weiteren weist ein ähnlicher vorbekannter Fahrzeugantrieb einen kollektorlosen Elektromotor und ein diesem nachgeschaltetes hydrodynamisches Getriebe mit Strömungs-Kupplungen und gegebenenfalls noch mit einem Strömungswandler auf. Alle Strömungskreisläufe arbeiten hierbei mit je einer anderen Zahnradübersetzung zusammen und sind außerdem durch vollständiges Füllen bzw. Entleeren einzeln ein- und ausschaltbar. Derartige Antriebe sind wohl ziemlich einfach und billig und lassen auch je nach Ausführung einen großen Fahrgeschwindigkeitsbereich erzielen, sie weisen aber hinsichtlich ihrer sonstigen Betriebsverhältnisse, insbesondere der Regelbarkeit, noch erhebliche Mängel auf.Furthermore, an electrohydraulic drive with a simple electric motor and a non-realizable flow converter (hydrodynamic converter) has also become known. Furthermore, a similar previously known vehicle drive has a brushless electric motor and a hydrodynamic transmission with flow couplings and, if necessary, also with a flow converter, connected downstream of this. All flow circuits this work, each with a different gear ratio and one also individually by completely filling or emptying and off. Such drives are probably quite simple and cheap and, depending on the design, allow a large driving speed range to be achieved, but they still have considerable deficiencies with regard to their other operating conditions, in particular their controllability.
Eine willkürliche Beeinflussung der Fahrleistung der letztgenannten Fahrzeugantriebe ist nämlich bei Verwendung nichtregelbarer Elektromotoren nicht möglich; vielmehr nimmt der Strömungswandler stets die volle Motorleistung auf, und bei den lediglich ein-und ausschaltbaren Strömungskupplungen ist die Leistungsaufnahme nach einem bestimmten Gesetz von der verlangten Zugkraft abhängig, also ebenfalls, nicht willkürlich beeinflußbar. Es ist somit z. B. bei Wandlerbetrieb einem bestimmten Geschwindigkeitswert nur je ein einziger Zugkraftwert zugeordnet, so daß sich bei einer kleinen Fahrgeschwindigkeit nur eine große Zugkraft erzielen läßt. Dies ist wohl einerseits erwünscht - etwa zum schnellen Anfahren -, macht aber andererseits z. B. ein feinfühliges Rangieren mit kleinen Zugkräften unmöglich. Bei derartigen elektrohydraulischen Antrieben sind also weder die Fahrleistung noch die Fahrgeschwindigkeit und Zugkraft in der gewünschten Weise freizüoja willkürlich und stufenlos regelbar.Arbitrary influencing of the driving performance of the last-mentioned vehicle drives is namely not possible when using non-controllable electric motors; rather, the flow converter always consumes the full engine power, and in the case of the flow couplings which can only be switched on and off, the power consumption is dependent on the required tensile force according to a certain law, that is, it cannot be influenced arbitrarily. It is thus z. For example, only each associated with a single tension value in converter operating a certain speed value so that it is possible to achieve, at a low traveling speed is only a large tensile force. On the one hand, this is desirable - for example for quick start-up - but, on the other hand, makes z. B. a sensitive maneuvering with small pulling forces impossible. In electro-hydraulic drives of this type, neither the driving performance nor the driving speed and tractive force can be freely and continuously regulated in the desired manner.
Es ist auch ein Fahrzeugantrieb mit einem Wechselstrom-Asynchronmotor und einem nichtregelbaren nachgeschalteten hydraulischen Getriebe bekannt. Hierbei ist zunächst der Läufer des Asynchronmotors starr mit der Abtriebswelle verbunden. Ferner sind der Läufer und der drehbar gelagerte Ständer des Asynchronmotors an zwei Gliedern eines Planetengetriebes angeschlossen, dessen drittes Glied über das hydraulische Getriebe mit der Abtriebswelle in Triebverbindung steht. Bei diesem Antrieb ist zwar eine Geschwindigkeitsregulierung möglich, jedoch ist der Bauaufwand, insbesondere des drehbar gelagerten Ständers, beträchtlich. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Antrieb zu schaffen, der eine Speisung mit dem überall verfügbaren und preiswerten 50-Hertz-Drehstrom gestattet, der aber andererseits die Verwendung eines einfachen, betriebssicheren und billigen Motors zuläßt und trotzdem eine gute Regelung der Fahrleistung, hohe Anfahrzugkräfte, tragbare Wirkungsgrade sowie eine Nutzbremsung bei möglichst kleinem Gewichts- und Kostenaufwand erzielen läßt.It is also a vehicle drive with an AC asynchronous motor and a non-controllable downstream hydraulic transmission known. Here First, the rotor of the asynchronous motor is rigidly connected to the output shaft. Furthermore, the rotor and the rotatably mounted stator of the asynchronous motor are on two links of a planetary gear connected, the third link via the hydraulic transmission is in drive connection with the output shaft. With this one Speed regulation is possible with the drive, but the construction effort, in particular of the rotatably mounted stand, considerably. Of the The invention is now based on the object of creating an electric drive, the one supply with the everywhere available and inexpensive 50-Hertz three-phase current allowed, but on the other hand the use of a simple, reliable and cheap engine allows and still a good regulation of the mileage, high Starting tractive effort, portable efficiency as well as regenerative braking with as little as possible Can achieve weight and cost.
Die Erfindung geht dabei von einem Antriebssatz, insbesondere für Schienenbetriebfahrzeuge, mit einem nichtregelbaren oder nur ungenügend regelbaren Elektromotor sowie mit einem hydromechanischen Getriebe aus, das einen rein mechanischen Kraftweg und einen hierzu parallel geschalteten hydraulischen Kraftweg besitzt, die beide über ein Planetengetriebe mit einer der beiden Hauptwellen (Eingangs- oder Ausgangswelle) des Getriebes in Triebverbindung stehen. Erfindungsgemäß wird hierbei der hydraulische Kraftweg in an sich bekannter Weise mit hy- drodynamischen übertragungselementen ausgerüstet, wobei diese aus mindestens einem nichtregelbaren Strömungswandler sowie einer dem bzw. den Strömungswandlem unmittelbar vorgeschalteten regelbaren Strömungskupplung bestehen.The invention is based on a drive set, especially for rail vehicles, with a non-controllable or only insufficiently controllable electric motor and with a hydromechanical transmission that has a purely mechanical power path and a hydraulic power path connected in parallel, both of which via a planetary gear with one of the two Main shafts (input or output shaft) of the transmission are in drive connection. According to the invention, the hydraulic power path is equipped in a manner known per se with hydrodynamic transmission elements, these consisting of at least one non-controllable flow converter and a controllable flow coupling directly upstream of the flow converter (s).
Die beiden Kraftwege des hydrodynamischen Getriebes können durch ein ihnen vorgeschaltetes Leistungsteiler-Planetengetriebe mit der Getriebeeingangswelle in Triebverbindung stehen. Es ist jedoch auch eine Ausführung möglich, bei der die beiden Kraftwege über ein ihnen nachgeschaltetes Leistungssammler-Planetengetriebe zusammenarbeiten. Bei Antrieben mit zwei Elektromo#toren ist es zweckmäßig, wenn jeder Motor mit je einem Kraftweg des Getriebes in unmittelbarer Triebverbindung steht. Als unmittelbare Triebverbindung soll dabei auch eine Triebverbindung beispielsweise über Zahnradvorgelege od. dgl. gelten, sofern sie nicht über das nachgeschaltete Leistungsteilergetriebe erfolgt.The two power paths of the hydrodynamic transmission can be in drive connection with the transmission input shaft through a power divider planetary gear connected upstream of them. However, an embodiment is also possible in which the two power paths work together via a power collector planetary gear connected downstream from them. In the case of drives with two electric motors, it is useful if each motor is in direct drive connection with one power path of the transmission. A drive connection, for example via a gear reduction or the like, should also apply as a direct drive connection, provided it is not made via the downstream power divider gearbox.
Das Einregulieren der gewünschten Fahrleistung geschieht durch die Getriebe, in dem die regelbare Strömungskupplung auf einen bestimmten Schlupf eingestellt und dadurch eine bestimmte Wandlereingangsdrehzahl festgelegt wird. Je nach dieser Eingangsdrehzahl nimmt dann der Strömungswandler nach dem Gesetz N = C - n3 (N =Aufnahmeleistung, n = Wandler-Eingangsdrehzahl, C = konstanter Wert) eine entsprechende Leistung auf.The regulation of the desired driving performance is done by the transmission, in which the controllable fluid coupling is set to a certain slip and thereby a certain converter input speed is set. Depending on this input speed, the flow converter then takes up a corresponding power according to the law N = C - n3 (N = input power, n = converter input speed, C = constant value).
Auf Grund der Leistungsteilung wirkt sich der mäßige Wirkungsgrad der beiden hintereinandergeschalteten Strömungskreisläufe (Strömungskupplung und Wandler) nur geringfügig auf den Gesamtwirkungsgrad aus, da ein Teil der Motorleistung stets über den rein mechanischen Kraftweg mit bestem Wirkungsgrad übertragen wird. Dabei ist dieser rein mechanisch übertragene Leistungsanteil gerade in dem wichtigsten oberen Fahrbereich - der außerdem zeitlich am ausgedehntesten ist - prozentual am größten, was sich auf den Gesaintwirkungsgrad ebenfalls günstig auswirkt.Due to the division of power, the moderate efficiency of the two flow circuits connected in series (fluid coupling and converter) has only a minor effect on the overall efficiency, since part of the engine power is always transferred with the best possible efficiency via the purely mechanical power path. This purely mechanically transmitted power share is the highest percentage in the most important upper driving range - which is also the most extensive in terms of time - which also has a positive effect on the overall efficiency.
DieHauptvorteile des erfindungsgemäßenAntriebes sind: Verwendungsmöglichkeit des billigen und überall verbreiteten 50-Hertz-Drehstromes: Anwendbarkeit einfacher, nichtregelbarer und betriebssicherer Elektromotoren, insbesondere von Kurzschlußläufermotoren; hohe Anfahrzugkräfte, die sowohl durch den Strömungswandler als auch durch den weiteren Umstand bedingt sind, daß die Leistungsteilung des Getriebes eine Motorüberlastung im Anfahrzustand ermöglicht; hohe Betriebssicherheit des Getriebes, da verschleißfreie und für größte Leistungen bereits bewährte Strömungskreisläufe (nichtregelbare Wandler, regelbare Strömungskupplung) verwendet werden; kontinuierliche Regelfähigkeit von Vollast bis herab auf Null; geringer Raumbedarf und geringes Gewicht des hydrodynamischen Getriebes, unter anderem wegen der Leistungsteilung und des Fehlens von Drehschwingungen; geringster Aufwand für elektrische Steuerungen; günstige Kühlverhältnisse für die Elektromotoren, da deren Belastung nur bei voller Drehzahl erfolgt; leichte Motoren wegen der möglichen hohen Netzfrequenz: ein Durchbrennen der Elektromotorwicklungen ist selbst bei schwerstem Anfahren nicht möglich, da die maximale Motorbelastung durch eine entsprechendeAuslegung des Strömungswandlers begrenzt werden kann; Anwendbarkeit kollektorloser Elektromotoren und somit auch hoher Betriebsspannungen; geringere Schleudergefahr und -empfindlichkeit gegenüber Triebfahrzeugen mit elektrischem Einzelachsantrieb. Es sei hier noch auf einen vorbekannten Fahrzeugantrieb mit einem nichtregelbaren Elektromotor sowie mit einem nachgeschalteten regelbaren hydrodynamischen Getriebe verwiesen. Hierbei ist jedoch jeder Störnungskreislauf für sich regelbar, während sich nach der Erfindung mit einer einzigen Regelkupplung sämtliche Getriebegänge stufenlos regeln lassen- die übrigen Strömungskreisläufe (Wandler) können somit von einfachster und sehr betriebssicherer Bauart sein. Ferner lassen die bei dem vorbekannten Antrieb insbesondere zur Verwendung kommenden Strömungswandler keine Nutzbrernsung und außerdem - vor allem im Anfahrpunkt - keine Leistungsregelung bis herab auf Null zu. Des weiteren sind regelbare Wandler für hohe Leistungen bei kleinsten Abmessungen nicht so einfach und betriebssicher zu gestalten wie regelbare Strömungskupplungen.The main advantages of the drive according to the invention are: Possibility of using the cheap and ubiquitous 50 Hertz three-phase current: Usability of simple, non-controllable and operationally reliable electric motors, especially squirrel cage motors; high starting tractive forces, which are caused both by the flow converter and by the further fact that the power distribution of the transmission enables an engine overload in the starting state; high operational reliability of the transmission, since wear-free and already proven flow circuits (non-adjustable converters, adjustable fluid couplings) are used for maximum performance; continuous control from full load down to zero; low space requirement and low weight of the hydrodynamic gear, among other things because of the power distribution and the lack of torsional vibrations; minimal effort for electrical controls; favorable cooling conditions for the electric motors, since they are only loaded at full speed; light motors because of the possible high mains frequency: the electric motor windings cannot burn out even when starting up, as the maximum motor load can be limited by an appropriate design of the flow converter; Applicability of brushless electric motors and thus also high operating voltages; lower risk and sensitivity of skidding compared to locomotives with electric single-axle drive. Reference is made here to a previously known vehicle drive with a non-controllable electric motor and with a downstream controllable hydrodynamic transmission. Here, however, each disturbance circuit can be regulated individually, while according to the invention all transmission gears can be continuously regulated with a single control clutch - the remaining flow circuits (converter) can thus be of the simplest and very reliable design. Furthermore, the flow converters used in the previously known drive in particular do not allow any useful burn and moreover - especially at the starting point - no power regulation down to zero. Furthermore, controllable converters for high outputs with the smallest dimensions are not as simple and reliable to design as controllable fluid couplings.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist der hydraulische Kraftweg des Getriebes noch eine mechanische Schaltkupplung auf, die der regelbaren Strömungskupplung nachgeschaltet ist und zum Erzielen einer weiteren Gangstufe ein Überbrücken der Strömungswandler ermöglicht. Hierdurch wird nicht nur in dem wichtigsten oberen Arbeitsbereich ein Gang mit gutem Wirkungsgrad geschaffen, sondern außerdem eine Nutzbremsung ermöglicht; denn sowohl die mechanische Kupplung als auch die Strömungskupplung ermöglichen einen umgekehrten Kraftfluß, nämlich von den Treibrädern zum Motor hin. Die Nutzbremsung ist gerade im Zugbetrieb von erheblicher wirtschaftlicher Bedeutung, da hier ein großer Teil der Antriebsenergie für Hub- und Beschleunigungsarbeit aufzuwenden ist und daher beim Bremsen teilweise wiedergewonnen werden kann, während die nicht rückgewinnbare Arbeit zur überwindung der Laufwiderstände nur verhältnismäßig gering sein kann. Ferner läßt sich bei dieser Antriebsausbildung die Bremswirkung durch die Regeleinrichtung der Strömungskupplung willkürlich steuern.According to a further development of the invention, the hydraulic force path of the transmission still has a mechanical clutch, that of the controllable fluid coupling is downstream and to achieve a further gear step by bridging the Flow converter allows. This is not just in the main top Work area created a gear with good efficiency, but also one Regenerative braking enabled; because both the mechanical coupling and the fluid coupling allow a reverse flow of power, namely from the drive wheels to the engine. Regenerative braking is of considerable economic importance, especially in train operations, because here a large part of the drive energy is used for lifting and acceleration work is and therefore with Brakes can be partially recovered, while the non-recoverable work to overcome the running resistances only can be relatively low. Furthermore, in this drive training arbitrarily control the braking effect through the control device of the fluid coupling.
Das Schalten der mechanischen Kupplung wird dadurch erleichtert, daß sie nur einen Teil der Motorleistung zu übertragen hat. Außerdem kann die regelbare hydraulische Kupplung als Synchronisiereinrichtung für das Schalten der mechanischen Kupplung herangezogen werden.The switching of the mechanical clutch is facilitated in that it only has to transfer part of the engine power. In addition, the adjustable hydraulic clutch as a synchronizing device for switching the mechanical Clutch can be used.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung werden polumschaltbare Elektromotoren verwendet, so daß man diese beispielsweise auf die Hälfte der Normaldrehzahl umschalten kann. Hierdurch wird ein sehr leistungsfähiges Nutzbremsen ermöglicht, was sonst durch einen besonderen Brernsgang eines Nachschaltgetriebes bewirkt werden müßte. Außerdem läßt sich bei Polumschaltung auf eine kleine Motorbetriebsdrehzahl sogar bei voll eingeschalteter Regelkupplung (größterKupplungswirkungsgrad) eine kleine Fahrleistung mit optimalem hydraulischem Wirkungsgrad übertragen, was z. B. für Rangierbetri,eb vorteilhaft ist.According to a further proposal of the invention, pole-changing Electric motors are used, so that they can be reduced to half the normal speed, for example can switch. This enables very powerful regenerative braking, what could otherwise be caused by a special Brernsgang of a rear-mounted gearbox would have to. In addition, a low motor operating speed can be achieved with pole switching even when the variable-speed clutch is fully engaged (highest clutch efficiency) one transfer small mileage with optimal hydraulic efficiency, which z. B. for shunting operations, eb is advantageous.
Des weiteren ist es bei den obengenannten Getrieben mit Leistungsteilung zweckmäßig, den Wandlergang einschließlich des Leistungsteiler-Planetengetriebes so auszulegen, daß im Anfahrzustand (d. h. bei einer Getriebe-Abtriebsdrehzahl gleich oder fast Null) und bei Vollasteinstellung der regelbaren Strömungskupplung das Getriebe etwa die höchstzulässige Stundenleistung des Elektromotors aufnimmt, d. h. die Leistung, die der Elektromotor etwa 1 Stunde lang ohne Schaden abgeben kann, z. B. ohne unzulässig warm zu werden. Die Auslegung des Anfahrganges bezieht sich dabei sowohl auf die Bemessung und Schaufelauslegung des Wandlers als auch auf die Auslegung der sonstigen Zahnradübersetzungen dieses Ganges. Auf diese Weise wird die zulässige überlastbarkeit des Elektromotors innerhalb der Sicherheitsgrenzen hinreichend ausgenutzt und eine weitere Steigerung der Anfahrzugkräfte erzielt. Da die Anfahrüberlastung infolge des Einflusses des Planetengetriebes mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit rasch zurückgeht, ist eine unzulässig lange überlastung des Motors nicht zu befürchten.Furthermore, it is useful with the above gear units with power division to interpret the converter passage including the power divider planetary gear such that (d. E. At a transmission output speed is equal to or nearly zero) in the starting and Vollasteinstellung the controllable fluid coupling, the transmission about the consumes the maximum permissible hourly output of the electric motor, d. H. the power that the electric motor can deliver for about 1 hour without damage, e.g. B. without becoming excessively warm. The design of the starting gear refers both to the dimensioning and blade design of the converter as well as to the design of the other gear ratios of this gear. In this way, the permissible overload capacity of the electric motor is sufficiently used within the safety limits and a further increase in starting tractive forces is achieved. Since the start-up overload decreases rapidly with increasing driving speed due to the influence of the planetary gear, there is no need to fear an inadmissibly long overload of the motor.
Die gerade beschriebene Ausbildung des Getriebes ergibt die erwähnten Vorteile nicht allein bei einer Kombination mit den übrigen, oben vorgeschlagenen Merkmalen, sondern auch bei einem Getriebe mit lediglich einem nichtregelbaren oder nur ungenügend regelbaren Elektromotor und einem stufenlos regelbaren hydrodynamischen Getriebe mit zwei parallel geschalteten Kraftwegen, die über ein Leistungsteiler-Planetengetriebe miteinander in Triebverbindung stehen und wobei ein Kraftweg einen Anfahrwandler aufweist.The training of the transmission just described results in the ones mentioned Advantages not only when combined with the others suggested above Features, but also in a transmission with only one non-controllable or only insufficiently controllable electric motor and an infinitely variable hydrodynamic Gearbox with two power paths connected in parallel, which are via a power divider planetary gearbox are in drive connection with each other and with a power path a start-up converter having.
Die erfindungsgemäße Antriebsausbildung ist besonders für Schienentriebfahrzeuge geeignet, läßt sich jedoch auch für ortsfeste Anlagen verwenden, beispielsweise für Tiefbohranlagen, Winden u. dgl.The drive training according to the invention is particularly suitable for rail locomotives suitable, but can also be used for stationary systems, for example for deep drilling rigs, winches, etc.
In den Zeichnungen ist die Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigt Fig. 1 einen Antrieb mit Kurzschlußläufermotor und hydromechanischem Getriebe, das zwei Wandlergänge und einen Kupplungsgang sowie ein Leistungsteiler-Planetengetriebe aufweist, Fio, 2 einen Antrieb mit einem Elektromotor und einem Getriebe, das einen Wandlergang und ein Leistungssammler-Planetengetriebe besitzt, Fig. 3 einen ähnlichen Antrieb, der jedoch abweichend von Fig. 2 zwei Elektromotoren aufweist, und Fig. 4 das Antriebs- und Steuerschema für eine Lokomotive mit einem Induktionsmotor, der über jede Stirnseite mit je einem hydromechanischen Getriebe in Triebverbindung steht.The invention is explained in more detail in the drawings using a few exemplary embodiments. 1 shows a drive with a squirrel-cage motor and hydromechanical gearbox, which has two converter gears and a clutch gear as well as a power divider planetary gear, Fio, 2 a drive with an electric motor and a gearbox which has a converter gear and a power collector planetary gear, Fig. 3 is a similar drive, which, however, of FIG. having deviating 2, two electric motors, and Fig. 4, the drive and control scheme for a locomotive with an induction motor, which is above each end face, each with a hydro-mechanical transmission in drive connection.
Bei dem Antrieb nach Fig. 1 treibt der Kurzschlußläufermotor 1 mit konstanter Betriebsdrehzahl über die Getriebeeingangswelle 2 den Planetenträger 3 eines Leistungsteiler-Planetengetriebes an. Dessen Planetenräder 4 stehen einerseits über den Innenzahnkranz 5 und den Außenzahnkranz 6 mit dem Stirnrad 8 auf der Getriebeausgangswelle 9 in Triebverbindung; dies ist der mechanische Kraftweg des Getriebes.In the drive according to Fig. 1 of the squirrel-cage motor 1 drives a power divider planetary gear to the planetary carrier 3 at a constant operating speed through the transmission input shaft 2. Its planet gears 4 are on the one hand in drive connection via the internal gear rim 5 and the external gear rim 6 with the spur gear 8 on the transmission output shaft 9; this is the mechanical power path of the transmission.
Außerdem treiben die Planetenräder 4 über das Sonnenrad 7 und die Verbindungswelle 11 das Pumpenrad 12 einer regelbaren Strömungskupplung an. Deren Turbinenrad 13 ist mit dem Pumpenrad 14 eines Anfahrwandlers 15, ferner mit dem Pumpenrad 16 des Wandlers 17 für den zweiten Gang sowie mit der Nabe 18 der Lamellenkupplung 19 für den dritten Gang starr verbunden. Ist der Anfahrwandler 15 gefüllt, dann verläuft der hydraulische Kraftweg über die Regelkupplung 12, 13, ferner über das Pumpenrad 14 und das Turbinenrad 20 des Wandlers 15 sowie über das Zahnradvorgelege 21, 22 zur Ausgangswelle 9 (= 1. Wandlergang). Ist der Anfahrwandler 15 entleert und der hydraulisch anders übersetzte Strömungswandler 17 gefüllt, so wird die Leistung des hydraulischen Kraftweges von der Regelkupplung 12, 13 über das Pumpenrad 16 und das Turbinenrad 23 des Wandlers 17 und anschließend wiederum über das Zahnradvorgelege 21, 22 zur Abtriebswelle 9 übertragen (= 2. Wandlergang). Im dritten und höchsten Gang sind schließlich beide Wandler entleert, und die Lamellenkupplung 19 ist dann eingeschaltet, so daß der hydraulische Kraftweg von der Regelkupplung 12, 13, der Lamellenkupplung 19 und dem Zahnradvorgelege 24, 25 gebildet wird.In addition, the planet gears 4 drive the pump wheel 12 of a controllable fluid coupling via the sun wheel 7 and the connecting shaft 11. Its turbine wheel 13 is rigidly connected to the pump wheel 14 of a starting converter 15, furthermore to the pump wheel 16 of the converter 17 for the second gear and to the hub 18 of the multi-plate clutch 19 for the third gear. If the starting converter 15 is full, the hydraulic power path runs via the control clutch 12, 13, further via the pump wheel 14 and the turbine wheel 20 of the converter 15 and via the gear reduction 21, 22 to the output shaft 9 (= 1st converter gear). If the starting converter 15 is empty and the hydraulically differently translated flow converter 17 is filled, the power of the hydraulic power path is transferred from the control clutch 12, 13 via the pump wheel 16 and the turbine wheel 23 of the converter 17 and then again via the gear train 21, 22 to the output shaft 9 transmitted (= 2nd converter gear). In the third and highest gear, both converters are finally emptied, and the multi-plate clutch 19 is then switched on, so that the hydraulic power path is formed by the control clutch 12, 13, the multi-plate clutch 19 and the gear train 24, 25 .
DurchVerschwenken oderVerschieben des Schöpfrohres 26 läßt sich die Füllung der Strömungskupplung 12, 13 und damit auch deren Abtriebsdrehzahl stufenlos verändern. Da die Abtriebsdrehzahl der Strömungskupplung gleichzeitig Eingangsdrehzahl der beiden Strömungswandler 15 und 17 ist, wird durch die Schöpfrohrsteuerung zugleich auch die Wandleraufnahmeleistung und damit auch die gesamte, vom Getriebe aufgenommene Leistung verändert. Ähnliches gilt auch für den dritten Gang mit eingeschalteter Lamellenkupplung 19. By pivoting or shifting the scoop tube 26 , the filling of the fluid coupling 12, 13 and thus also its output speed can be continuously varied. Since the output speed of the fluid coupling is at the same time the input speed of the two flow converters 15 and 17 , the scoop tube control also changes the converter input power and thus also the total power consumed by the transmission. The same applies to third gear with the multi-plate clutch 19 engaged.
Die Lamellenkupplung 19 ist an dem rechten Stirnende des Getriebes angeordnet und nach Lösen des Gehäusedeckels 27 zwecks Kontrolle und überholung leicht zugänglich.The multi-plate clutch 19 is arranged on the right front end of the transmission and is easily accessible after loosening the housing cover 27 for the purpose of inspection and overhaul.
Bei dem abgewandelten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 treibt der nichtregelbare Elektromotor 31 über die Zwischenwelle 32, das Zahnradvorgelege 33, 34 und die Welle 35 das Sonnenrad 36 eines Leistungssammler-Planetengetriebes an ( = mechanischer Kraftweg). Der hydraulische Kraftweg verläuft hier über die regelbare Strömungskupplung 37, 38, über den StrömungswandIer 40 mit Pumpenrad 41 und Turbinenrad 42 und ferner über das Zahnrad 43 sowie den außen- und innenverzahnten Zahnkranz 44 des Leistungssammler-Planetengetriebes. Dessen Planetenräder 45 vereinigen die beiden Kraftwege und geben die Getriebeleistung an den Planetenradträger 46 und die hiermit starr verbundene Getriebeausgangswelle 47 ab. Dieses Getriebe ermöglicht somit nur einen Wandlergang. Die Leistungsregelung erfolgt ebenfalls durch Verstellen des Schöpfrohres 39 der Strömungskupplung.In the modified embodiment of FIG. 2, the non-controllable electric motor 31 drives the sun gear 36 of a power collector planetary gear via the intermediate shaft 32, the gear train 33, 34 and the shaft 35 (= mechanical power path). The hydraulic power path runs here via the controllable fluid coupling 37, 38, via the flow converter 40 with pump wheel 41 and turbine wheel 42 and also via the gear wheel 43 and the externally and internally toothed ring gear 44 of the power collector planetary gear. Its planetary gears 45 combine the two power paths and transfer the transmission power to the planetary gear carrier 46 and the transmission output shaft 47 rigidly connected to it. This transmission thus allows only one converter gear. The power control is also carried out by adjusting the scoop tube 39 of the fluid coupling.
Eine dem vorbeschriebenen Antrieb sehr ähnliche Ausbildung ist in Fig. 3 dargestellt wobei die Bauelemente der beiden parallel geschalteten Kraftwege und des Leistungssammler-Planetengetriebes mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 2 versehen worden sind. Abweichend von letzterer steht jedoch hier jeder der beiden Getriebekraftwege, mit je einem Elektromotor 51 bzw. 52 unmittelbar in Triebverhindung.A design very similar to the drive described above is shown in FIG. 3 , the components of the two power paths connected in parallel and the power collector planetary gear having been provided with the same reference numerals as in FIG. In contrast to the latter, however, each of the two transmission force paths is directly in drive prevention with an electric motor 51 or 52 each.
Da die nach der Erfindung in Betracht kommenden nichtregelbaren Elektromotoren sehr betriebssicher sind, ist für Lokomotiven insbesondere großer Leistung eine Ausführung nach Fig. 4 günstig. Hiernach ist in der Mitte der Lokomotive ein einziger, starker und daher wirkungsgradmäßig günstiger Kurzschlußläufennotor 61 angeordnet, der von jeder Stirnseite aus über eine Verbindungswelle 62 bzw. 63 je ein hydromechanisches Leistungsteilergetriebe 64 bzw. 65 etwa gemäß Fig. 2 antreibt. Durch diese Anordnung des Motors wird das Massenträgheitsmoment der Lokomotive um ihre Hochachse auf ein Minimum gebracht, was sich auf das Kurvenfahren günstig auswirkt. Die beiden Getriebe 64 und 65 stehen in an sich bekannter Weise über Nachschaltgetriebe 66 bzw. 67, ferner über angedeutete Kardanwellen und Achsgetriebe mit den Treibachsen 68 bis 71 in Triebverbindung. Der Fahrstrom wird von dem Fahrdraht 72 über den Stromabnehmer 73 und die Leitung 74 mit Schalter 74 a dem Elektromotor zugeführt.Since the non-controllable electric motors that can be considered according to the invention are very reliable in operation, an embodiment according to FIG. 4 is favorable for locomotives, in particular with a high output. Thereafter, a single, strong and therefore more efficient squirrel cage motor 61 is arranged in the middle of the locomotive, which drives a hydromechanical power divider gear 64 or 65 from each end face via a connecting shaft 62 or 63, as shown in FIG. This arrangement of the motor reduces the mass moment of inertia of the locomotive around its vertical axis to a minimum, which has a positive effect on cornering. The two gears 64 and 65 are in drive connection with the drive axles 68 to 71 in a manner known per se via secondary gears 66 and 67, furthermore via indicated cardan shafts and axle gears. The traction current is fed from the contact wire 72 via the current collector 73 and the line 74 with switch 74 a to the electric motor.
Die Leistungsaufnahme des Getriebes 64 kann mittels des Hebels 75 verändert werden, der mit dem Schöpfrohr 39 gemäß Fig. 2 in hier nicht dargestellter Weise in Verbindung steht. In gleicher Weise läßt sich auch die Leistungsaufnahme des Getriebes 65 durch Verschwenken des Hebels 76 steuern. Beide Hebel 75 und 76 sind außerdem über Stangen 77 bzw. 78 mit dem vom Fahrzeugführer betätigten Fahrhebel 79 verbunden. Diese Verbindungsstangen sind dabei so ausgebildet, daß sich bei der Stellung 0 des Fahrhebels 79 beide Getriebehebel 75 und 76 ebenfalls in ihren - in der Zeichnung voll ausgezogen dargestellten - Ausschaltstellungen befinden. Bei der mittleren FahrhebelsteRung 1 ist lediglich der Hebel 75 in die strichhert gezeichnete Stellung 75' verschwenkt, bei der das Getriebe 64 seine volle Leistung aufnimmt, während sich der Hebel 76 weiterhin in seiner Ausschaltstellung befindet. Erst nach weiterem Verschwenken des Fahrhebels 79 wird auch der Getriebehebel 76 verstellt, wobei der Vollaststellung II des Fahrhebels 79 die Vollaststellung 76' des Getriebehebels 76 entspricht. Nunmehr nimmt auch das Getriebe 65 seine volle Leistung auf.The power consumption of the gear 64 can be changed by means of the lever 75 , which is connected to the scoop tube 39 according to FIG. 2 in a manner not shown here. In the same way, the power consumption of the gear 65 can be controlled by pivoting the lever 76. Both levers 75 and 76 are also connected via rods 77 and 78, respectively, to the driving lever 79 operated by the vehicle driver. These connecting rods are constructed so that also in the position 0 of the driving lever 79, both transmission levers 75 and 76 in its - in full lines shown in the drawing - are switch-off positions. In the middle driving lever control 1 , only the lever 75 is pivoted into the position 75 'shown in dashed lines, in which the transmission 64 takes up its full power, while the lever 76 is still in its switched-off position. Only after further pivoting of the driving lever 79 is the gear lever 76 also adjusted, the full load position II of the driving lever 79 corresponding to the full load position 76 ′ of the gear lever 76. The transmission 65 now also takes up its full power.
Diese auf einem weiteren Erfindungsgedanken beruhende Ausbildung der Getriebesteuerung, die auch für andere Antriebsanordnungen mit mindestens einem nichtregelbaren oder nur ungenügend regelbaren Elektromotor und mit mindestens zwei stufenlos regelbaren hydromechanischen Getrieben zweckmäßig ist, stellt somit sicher, daß das Einschalten des zweiten und eventuell auch eines dritten Getriebes usw. stets erst dann möglich ist, wenn das erste bzw. zweite Getriebe usw. bereits auf seine volle Leistung einreguliert worden ist. Hierdurch wird der Gesamtwirkungsgrad erhöht, da nämlich die erfindungsgemäßen hydromechanischen Getriebe bei Vollast mit einem besseren Wirkungsgrad arbeiten als bei Teillast (großer Kupplungsschlupf bei Teillast). Bei der Lokomotive nach Fig. 4 ist somit in dein Betriebsbereich zwischen halber und voller Lokomotivleistung das Getriebe 64 stets voll eingeschaltet, es arbeitet also dann mit maximalem Wirkungsgrad, während nur das zweite Getriebe 65 mit seinem geringen Anteil an der Gesamtleistung auf die entsprechende Teilleistung herabgeregelt zu werden braucht.This design of the transmission control based on a further inventive concept, which is also useful for other drive arrangements with at least one non-adjustable or only insufficiently adjustable electric motor and with at least two continuously variable hydromechanical transmissions, thus ensures that the second and possibly also a third transmission can be switched on etc. is always only possible when the first or second gear etc. has already been adjusted to its full power. This increases the overall efficiency, since the hydromechanical transmissions according to the invention work with a better efficiency at full load than at part load (large clutch slip at part load). In the locomotive according to FIG. 4, the gear 64 is always fully switched on in the operating range between half and full locomotive power, so it then works with maximum efficiency, while only the second gear 65 with its small proportion of the total power is regulated down to the corresponding partial power needs to become.
Die Ansprüche 2, 3, 6, 7 und 8 sollen nur im Zusammenhang mit Anspruch 1 Schutz genießen.Claims 2, 3, 6, 7 and 8 should only enjoy protection in connection with claim 1.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEV14300A DE1133419B (en) | 1958-04-29 | 1958-04-29 | Drive set with electric motor and hydromechanical gear, especially for rail vehicles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEV14300A DE1133419B (en) | 1958-04-29 | 1958-04-29 | Drive set with electric motor and hydromechanical gear, especially for rail vehicles |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1133419B true DE1133419B (en) | 1962-07-19 |
Family
ID=7574527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DEV14300A Pending DE1133419B (en) | 1958-04-29 | 1958-04-29 | Drive set with electric motor and hydromechanical gear, especially for rail vehicles |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1133419B (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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