DE202021102404U1 - Schienengebundenes Arbeitsfahrzeug mit seriellem Hybridantrieb - Google Patents
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Abstract
Antriebsanordnung (1) eines Schienenfahrzeugs,
mit einem Verbrennungsmotor (4), der über ein zwischengeschaltetes Getriebe (5) auf wenigstens eine Antriebachse des Schienenfahrzeugs einwirkt,
und mit einem Elektromotor (9), der wahlweise auf eine Antriebsachse des Schienenfahrzeugs einwirkend einschaltbar ist,
wobei dem Elektromotor (9) ein elektrischer Energiespeicher zugeordnet ist, derart, dass der Elektromotor (9) bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor (4) betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet,
dass das Schienenfahrzeug als schienengebundene Arbeitsmaschine ausgestaltet ist,
ein hydraulisch angetriebenes Arbeitsgerät (17) aufweist, sowie eine motorisch angetriebene Hydraulikpumpe (11), und dass der Elektromotor (9) kraftübertragungsmäßig mit der Hydraulikpumpe (11) verbindbar ist, derart, dass das Arbeitsgerät (17) bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor (4) mittels des Elektromotors (9) betreibbar ist.
mit einem Verbrennungsmotor (4), der über ein zwischengeschaltetes Getriebe (5) auf wenigstens eine Antriebachse des Schienenfahrzeugs einwirkt,
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wobei dem Elektromotor (9) ein elektrischer Energiespeicher zugeordnet ist, derart, dass der Elektromotor (9) bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor (4) betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet,
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Description
- Die Neuerung betrifft eine Antriebsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Aus der Praxis sind Schienenfahrzeuge bekannt, die ähnlich, wie dies von PKWs bekannt ist, als Hybridfahrzeuge in der Art ausgestaltet sind, dass sie außer einem Verbrennungsmotor auch einen Elektromotor aufweisen, der wahlweise auf eine Antriebsachse des Fahrzeugs einwirkt, beispielsweise auf dieselbe Antriebsachse wie der Verbrennungsmotor. Die Energie für den Betrieb des Elektromotors wird aus einem elektrischen Energiespeicher bereitgestellt, so dass auch bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor das Schienenfahrzeug fahren kann. Eine solche Antriebsanordnung ermöglicht folgende unterschiedliche Antriebs-Betriebsarten:
- 1. Normalfahrt: Antrieb ausschließlich durch den Verbrennungsmotor
- 2. Fahrt mit höherer Antriebsleistung („Boost“): Antrieb durch Verbrennungsmotor, unterstützt durch den zusätzlich eingeschalteten Elektromotor,
- 3. Lokal emissionsfreie Fahrt: Antrieb ausschließlich durch den Elektromotor, und
- 4. Bremsen: der Antrieb wird zur Rekuperation elektrischer Energie genutzt, dies erfolgt mittels eines im Antriebsstrang angeordneten Generators oder durch den Betrieb des Elektromotors als Generator.
- Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Antriebsanordnung dahingehend zu verbessern, dass nicht nur die Fahrt selbst, sondern auch ein Arbeitsgerät des Schienenfahrzeugs lokal emissionsfrei betrieben werden kann.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Antriebsanordnung nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
- Die Neuerung schlägt mit anderen Worten vor, dass das Schienenfahrzeug als schienengebundene Arbeitsmaschine ausgestaltet ist, also ein Arbeitsgerät aufweist. Es kann sich dabei in an sich bekannter Weise z. B. um ein Arbeitsgerät in Form eines Krans oder einer Hubarbeitsbühne handeln, zum Schneiden von Grünzeug bzw. Bäumen, oder dergleichen. Das Arbeitsgerät ist hydraulisch angetrieben, so dass die schienengebundene Arbeitsmaschine zu diesem Zweck eine Hydraulikpumpe aufweist. Neuerungsgemäß ist vorgesehen, dass der Elektromotor die Hydraulikpumpe antreiben kann, also kraftübertragungsmäßig mit der Hydraulikpumpe verbunden werden kann, beispielsweise mittels einer Kupplung. Dementsprechend kann das Arbeitsgerät mittels des Hydraulikmotors angetrieben werden, auch wenn der Verbrennungsmotor abgeschaltet ist.
- Auf diese Weise ist es möglich, das Arbeitsgerät erstens lokal emissionsfrei zu betreiben. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn in vergleichsweise engen Häuserschluchten von Städten, und beispielsweise im Sommer, wenn in vielen Häusern die Fenster geöffnet sind, Arbeiten durchgeführt werden sollen, bei denen die schienengebundene Arbeitsmaschine über einen längeren Zeitraum an derselben Stelle verbleibt oder sich nur mit einer geringen Geschwindigkeit entlang des Gleises bewegt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass für den Antrieb des Arbeitsgeräts der Verbrennungsmotor typischerweise zwar nicht mit Höchstdrehzahl, aber mit deutlich erhöhter Leerlaufdrehzahl laufen muss. Die Beeinträchtigungen für Außenstehende, die mit der Durchführung der Arbeiten und mit dem Einsatz des Arbeitsgeräts unvermeidlich sind, können daher durch die neuerungsgemäße Ausgestaltung der Antriebsanordnung erheblich gemindert werden, indem der Antriebsmotor abgeschaltet werden kann und die Hydraulikpumpe für das Arbeitsgerät ausschließlich elektrisch angetrieben wird. Und für das Personal der schienengebundenen Arbeitsmaschine, welches sich stets in unmittelbarer Nähe der Antriebsanordnung und damit des Verbrennungsmotors aufhält, ist die Entlastung von Abgasen des Verbrennungsmotors ohnehin stets vorteilhaft, unabhängig davon, ob die Arbeiten in einem städtischen Umfeld oder auf freier Strecke durchgeführt werden.
- Zweitens wird nicht nur der lokale Ausstoß von Abgasen vermieden, sondern auch Schallemissionen können erheblich reduziert werden, da der Verbrennungsmotor für den Betrieb des Arbeitsgeräts nicht erforderlich ist und daher abgeschaltet sein kann. Dieser Vorteil kommt nicht nur Außenstehenden in der näheren Umgebung zugute, sondern insbesondere auch dem Personal der schienengebundenen Arbeitsmaschine selbst zugute, welches sich typischerweise den ganzen Arbeitstag über in unmittelbarer Nähe des Arbeitsgeräts und der Antriebsanordnung aufhält.
- Mit der neuerungsgemäß ausgestalteten Antriebsanordnung können daher
- - an den Elektromotor angeschlossenen Nebenverbraucher angetrieben werden, also Verbraucher, die nicht als Fahrantrieb des Schienenfahrzeugs dienen,
- - Arbeitsfahrten ohne laufenden Verbrennungsmotor durchgeführt werden, wobei der Elektromotor zum Antrieb des jeweiligen Arbeitsgeräts und auch als Fahrantrieb des Schienenfahrzeugs genutzt werden kann, und
- - Streckenfahrten durchgeführt werden, bei denen wahlweise der Verbrennungsmotor allein oder mit zusätzlicher Unterstützung durch den Elektromotor für den Fahrantrieb des Schienenfahrzeugs genutzt werden kann.
- Vorteilhaft kann das Schienenfahrzeug ein hydraulisches Pumpenverteilergetriebe („PVG“) aufweisen, welches mehrere Wellenanschlüsse aufweist, um Drehzahlen bzw. Drehmomente in das PVG einleiten oder von dem PVG abnehmen zu können. Derartige Pumpenverteilergetriebe sind typischerweise keine Sonderkonstruktionen oder Einzelanfertigung, die für die jeweilige schienengebundene Arbeitsmaschine eigens konstruiert und angefertigt werden, sondern es handelt sich um standardisierte Zukaufteile. In Fällen, wo nicht sämtliche Wellenanschlüsse des PVG belegt sind, kann daher eine vorhandene, gattungsgemäße Antriebsanordnung mit einfachen Mitteln neuerungsgemäß ausgestaltet werden, indem eine von dem Elektromotor angetriebene Welle an einen nicht genutzten Wellenanschluss des PVG angeschlossen wird.
- Besonders vorteilhaft kann in einem solchen Fall vorgesehen sein, dass das PVG eine SAE-Schnittstelle aufweist, an welche die von dem Elektromotor angetriebene Welle angeschlossen ist. Bei derartigen Schnittstellen handelt es sich um eine standardisierte Ausgestaltung eines Wellenanschlusses, so dass dementsprechend mit einem möglichst geringem konstruktiven Anpassungsaufwand ermöglicht wird, nachträglich einen Elektromotor in die Antriebsanordnung einer schienengebundenen Arbeitsmaschine einzubinden, um diese Antriebsanordnung neuerungsgemäß auszugestalten.
- Ein Ausführungsbeispiel der Neuerung wird anhand der rein schematischen Darstellung nachfolgend näher erläutert.
- In der einzigen Zeichnung ist in Art eines Blockschaltbilds eine Antriebsanordnung
1 eines Schienenfahrzeugs dargestellt. Die Vorwärts-Fahrtrichtung ist, wie durch den Pfeil F angedeutet, von rechts nach links vorgesehen. Dementsprechend weist die Antriebsanordnung1 ein vorderes, angetriebenes Triebdrehgestell2 auf und ein hinteres, nicht angetriebenes Laufdrehgestell3 . Zwischen diesen beiden Drehgestellen ist ein Verbrennungsmotor4 angeordnet, der beispielsweise als Turbo-Dieselmotor mit einer Antriebsleistung von etwa 400 oder 500 KW ausgestaltet sein kann. Über ein Getriebe5 und ein mit einem VorgelegeGetriebe ausgestattetes Zwischengetriebe6 sind die beiden Achsen des vorderen Triebdrehgestells2 angetrieben. - Um die Kraftübertragung wahlweise unterbrechen zu können, ist eine Kupplung
7 zwischen dem Verbrennungsmotor4 und dem Getriebe5 angeordnet ist. Antriebswellen8 dienen der Kraftübertragung zum Zwischengetriebe6 und von dort zu den beiden Achsen des Triebdrehgestells2 . In der sogenannten Normalfahrt oder Streckenfahrt, die eine erste Betriebsart der Antriebsanordnung1 darstellt, dient ausschließlich der Verbrennungsmotor4 zum Antrieb des Schienenfahrzeugs. - In einer als „Boost Mode“ bezeichneten zweiten Betriebsart der Antriebsanordnung
1 , nämlich als Fahrantrieb mit erhöhter Antriebsleistung, wird dem Verbrennungsmotor4 ein Elektromotor9 zugeschaltet, der über ein kurz als PVG bezeichnetes Pumpenverteilergetriebe10 wahlweise verschiedene Hydraulikpumpen11 antreiben kann. Das PVG10 enthält, wie in der Zeichnung schematisch angedeutet ist, mehrere Kupplungen, um den jeweiligen Kraftfluss wahlweise an unterschiedliche Anschlüsse übertragen zu können. Auch dieser Fahrantrieb wird für Streckenfahrten genutzt, im Unterschied zur Normalfahrt wird allerdings im „Boost Mode“ die erhöhte Antriebsleistung zur Verfügung gestellt. Der Kraftfluss im „Boost Mode“ läuft vom Elektromotor9 über das PVG10 , die in der Zeichnung unten dargestellte Hydraulikpumpe11 zu einem vorderen Hydraulikmotor12 , der an das Zwischengetriebe6 angeschlossen ist und die Antriebsleistung des Elektromotors9 in das Zwischengetriebe6 einleitet, das auch durch den Verbrennungsmotor4 angetrieben wird. Somit unterstützt der Elektromotor9 den Verbrennungsmotor und wirkt ebenfalls auf die beiden Achsen des Triebdrehgestells2 ein. - In einer dritten, als Rekuperation bezeichneten Betriebsart der Antriebsanordnung
1 erfolgt der Kraftfluss vom Verbrennungsmotor4 über eine Antriebswelle8 zum PVG10 , also in Richtung des Elektromotors9 , so dass beispielsweise der Elektromotor9 als Generator betrieben werden kann oder anstelle des Elektromotors9 ein elektrischer Generator angetrieben wird. In beiden Fällen wird durch die Rekuperation elektrische Energie erzeugt und eine Bremswirkung des Schienenfahrzeugs unterstützt, die beispielsweise durch die Bremswirkung des Verbrennungsmotors4 und / oder die Betriebsbremse des Schienenfahrzeugs aufgebracht wird. Die gewonnene elektrische Energie wird mittels eines Umrichters14 in Gleichstrom umgewandelt und in einer Batterie15 gespeichert. - Das PVG
10 ermöglicht aber auch, den Kraftfluss, der entweder vom Verbrennungsmotor4 und der Antriebswelle8 oder vom Elektromotor9 zum PVG10 fließt, wahlweise zu einer in der Zeichnung oben dargestellten Hydraulikpumpe11 zu übertragen. Diese dient zum Antrieb mehrerer Kühlerlüfter16 , die jeweils einen eigenen Hydraulikmotor aufweisen und beispielsweise die für den Verbrennungsmotor4 vorgesehene Ladeluft, den Verbrennungsmotor4 selbst und dessen Getriebe, und / oder das Hydrauliköl im Hydraulikkreislauf des Schienenfahrzeugs kühlen. - In einer vierten Betriebsart der Antriebsanordnung
1 ist der Verbrennungsmotor4 abgeschaltet. Der Elektromotor9 treibt über das PVG10 die in der Zeichnung oben dargestellte Hydraulikpumpe11 an, die nicht nur die erwähnten Hydraulikmotoren der Kühlerlüfter16 antreiben kann, sondern auch wahlweise einen oder beide Hydraulikmotoren, die zum Antrieb eines Arbeitsgeräts17 , z. B. eines Krans, einer Arbeitsbühne oder dergleichen, und / oder zum Antrieb eines Druckluftkompressors18 dienen und in der Zeichnung jeweils rechts neben dem Arbeitsgerät17 bzw. dem Druckluftkompressor18 dargestellt sind. Das Arbeitsgerät17 und der Druckluftkompressor18 sind als Beispiele für Nebenverbraucher erwähnt, also von Verbrauchern, die nicht als Fahrantrieb des Schienenfahrzeugs dienen. Andere und / oder zusätzliche als die genannten Nebenverbraucher können abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen sein. - Die Batterie
15 dient in dieser vierten Betriebsart dazu, die elektrische Energie für den Betrieb des Elektromotors9 bereitzustellen. Um bei Durchführung der Arbeiten das Hydraulikfluid zu kühlen, kann über die in der Zeichnung oben dargestellte Hydraulikpumpe11 auch derjenige der drei dargestellten Kühlerlüfter16 angetrieben werden, der das Hydrauliköl im Hydraulikkreislauf des Schienenfahrzeugs kühlt. - In einer fünften Betriebsart der Antriebsanordnung
1 kann der Elektromotor9 als alleiniger Fahrantrieb des Schienenfahrzeugs genutzt werden, z. B. zur Durchführung besonders leiser sowie emissionsfreier Fahrten bei ausgeschaltetem Arbeitsgerät17 . - Die vierte und fünfte Betriebsart können in Kombination genutzt werden, so dass der Elektromotor
9 bei der Durchführung von so genannten Arbeitsfahrten sowohl als alleiniger Fahrantrieb des Schienenfahrzeugs als auch zum Antrieb des Arbeitsgeräts17 und ggf. weiterer Nebenverbraucher genutzt wird. - Die Batterie
15 kann auch dazu dienen, ein elektrisches Bordnetz19 des Schienenfahrzeugs zu versorgen. In diesem Fall wird der aus der Batterie15 entnommene Gleichstrom mittels des Umrichter14 in Wechselstrom gewandelt und mittels eines Transformators20 auf die gewünschte Betriebsspannung des Bordnetzes, z.B. 230 V oder 400 V transformiert. - In der Zeichnung ist eine Batterie dargestellt, die zur Unterscheidung von der Batterie
15 , die auch für den Fahrantrieb des Schienenfahrzeugs genutzt werden kann, eine deutlich geringere Kapazität aufweist und als Starterbatterie21 bezeichnet ist. Sie dient für den Start des Verbrennungsmotors4 , nämlich zum Antrieb eines elektrischen Anlassers. Über eine Lichtmaschine22 wird die Starterbatterie21 bei laufendem Verbrennungsmotor4 geladen. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Antriebsanordnung
- 2
- Triebdrehgestell
- 3
- Laufdrehgestell
- 4
- Verbrennungsmotor
- 5
- Getriebe
- 6
- Zwischengetriebe
- 7
- Kupplung
- 8
- Antriebswelle
- 9
- Elektromotor
- 10
- Pumpenverteilergetriebe (PVG)
- 11
- Hydraulikpumpe
- 12
- Hydraulikmotor
- 14
- Umrichter
- 15
- Batterie
- 16
- Kühlerlüfter
- 17
- Arbeitsgerät
- 18
- Druckluftkompressor
- 19
- Elektrisches Bordnetz
- 20
- Transformator
- 21
- Starterbatterie
- 22
- Lichtmaschine
Claims (3)
- Antriebsanordnung (1) eines Schienenfahrzeugs, mit einem Verbrennungsmotor (4), der über ein zwischengeschaltetes Getriebe (5) auf wenigstens eine Antriebachse des Schienenfahrzeugs einwirkt, und mit einem Elektromotor (9), der wahlweise auf eine Antriebsachse des Schienenfahrzeugs einwirkend einschaltbar ist, wobei dem Elektromotor (9) ein elektrischer Energiespeicher zugeordnet ist, derart, dass der Elektromotor (9) bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor (4) betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug als schienengebundene Arbeitsmaschine ausgestaltet ist, ein hydraulisch angetriebenes Arbeitsgerät (17) aufweist, sowie eine motorisch angetriebene Hydraulikpumpe (11), und dass der Elektromotor (9) kraftübertragungsmäßig mit der Hydraulikpumpe (11) verbindbar ist, derart, dass das Arbeitsgerät (17) bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor (4) mittels des Elektromotors (9) betreibbar ist.
- Antriebsanordnung nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug ein hydraulisches Pumpenverteilergetriebe (10) aufweist, welches mehrere Wellenanschlüsse aufweist, und dass eine vom Elektromotor (9) angetriebene Welle mit einem Wellenanschluss des Pumpenverteilergetriebes (10) verbunden ist. - Antriebsanordnung nach
Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenverteilergetriebe (10) eine SAE-Schnittstelle aufweist, an welche die vom Elektromotor (9) angetriebene Welle angeschlossen ist.
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- 2021-05-04 DE DE202021102404.6U patent/DE202021102404U1/de active Active
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