DE3822264A1 - Schneeraeummaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schneeräummaschine mit einem für derartige Arbeitsmaschinen neuartigen Antrieb, nämlich eine Schneeräummaschine, deren Schneefördereinrichtung einen mit einem Drehstroman­ trieb mit variabler Frequenz angetriebenen Rotor aufweist.

Die Übertragung des an sich bekannten Drehstroman­ riebs auf Schneeräummaschinen beruht auf der Erkennt­ nis, daß sich der Umweg über einen elektrischen Dreh­ stromantrieb in technischer Hinsicht lohnt, wenn sich damit gleichzeitig eine Reihe von Vorteilen erzielen lassen. Sowohl für Schneeräummaschinen, die auf der Straße fahren, als auch für schienengebundene Schnee­ räummaschinen sind diese Vorteile, auf die weiter unten noch eingegangen wird, derart überzeugend, daß sie unter Umständen auch einen technischen Mehrauf­ wand für den Antrieb rechtfertigen.

Allgemein gesprochen sind Schneeräummaschinen mit rotierender Schneefördereinrichtung für die Straßen­ räumung bekannt, welche bei kleinen Leistungen über eine Zapfwelle des Trägerfahrzeugs und bei großen Leistungen durch einen gesonderten, vom Trägerfahrzeug mitgeführten Aufbau-Dieselmotor angetrieben werden. Die Drehzahl und damit die Wurfweite der Schneeförder­ einrichtung kann dabei durch ein geeignetes Schalt­ getriebe oder hydrostatisch variiert werden. Bei der­ artigen Schneeräummaschinen kann der vorgeschlagene Umweg über einen Drehstromantrieb, welcher weitere An­ triebselemente einschließlich einem Generator für die Energieumwandlung voraussetzt, dann zweckmäßig sein, wenn ein energiesparender Betrieb des Dieselmotors im Vordergrund steht. Die Leistungs-Drehzahl-Kennlinie des Generators wird dabei so ausgelegt, daß sie für den Dieselmotor den geringsten Kraftstoffverbrauch ermöglicht.

Besondere Vorteile ergeben sich aufgrund der vorliegen­ den Erfindung zugunsten schienengebundener Schneeräum­ maschinen. Nach dem Stand der Technik ist hier zu unterscheiden zwischen solchen ohne eigenen Fahran­ trieb einerseits und selbstfahrenden Schneeräummaschi­ nen andererseits. Bei der erstgenannten Kategorie ist die Schneefördereinrichtung mit deren Antriebsmotor auf einem Wagon montiert, der von einer Lokomotive geschoben wird. Da übliche Lokomotiven aber nicht mit gleichmäßig langsamer Geschwindigkeit fahren können, besteht bei großen Schneehöhen die Gefahr der Überlastung des Schneeräumaggregats. Dieser Nachteil wird bei Schneeräummaschinen der zweiten Kategorie - also selbstfahrenden Schienenfahrzeugen - dadurch vermieden, daß diese mit einem hydrosta­ tischen Fahrantrieb für langsame Arbeitsfahrt versehen sind. Derartige Schneeräummaschinen erfordern einen erheblichen mechanischen Aufwand; um eine schnelle Transportfahrt zu ermöglichen, wird dieser Aufwand noch weiter erhöht, indem zusätzlich ein mechanischer Fahrantrieb vorgesehen ist, auf welchen bei der Transportfahrt umgeschaltet wird. Hinzu kommt, daß derartige Spezial- Schneeräummaschinen für andere Verwendungen ungeeignet sind, so daß sie in Jahren des Schneemangels überhaupt nicht zum Einsatz kommen.

Obwohl Eisenbahn-Schneeräummaschinen seit vielen Jahr­ zehnten im Einsatz sind und obwohl die Drehstrom-An­ triebstechnik bei Lokomotiven bereits seit Anfang der siebziger Jahre bekannt ist, wurde diese an sich be­ kannte Antriebstechnik überraschenderweise bislang nicht für den Antrieb von Schneefördereinrichtungen bzw. Schneeräummaschinen eingesetzt. Als erfinderi­ sches Verdienst ist daher bereits die Anwendung der Drehstromtechnik gemäß Patentanpruch 1 anzuer­ kennen; entsprechendes gilt auch für die Ausgestal­ tungen gemäß den Unteransprüchen.

Nach Anspruch 2 ist vorgesehen, daß der Drehstroman­ trieb einen mit der Rotorwelle der Schneefördereinrich­ tung mechanisch gekoppelten Asynchronmotor aufweist, der entweder direkt von einem Generator oder über einen am Eingang mit Gleichspannung versorgten Wechsel­ richter mit Drehstrom versorgt wird.

Wenn große Leistungsreserven vorhanden sind, besteht die Möglichkeit, den Asynchronmotor direkt am Genera­ tor anzuschließen und die Wurfweite der Schneeförder­ einrichtung über die Drehzahl des den Generator an­ treibenden Dieselmotors zu regeln.

Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, den Asynchron­ motor über einen Wechselrichter mit Drehstrom zu versorgen, dessen Eingang mit Gleichspannung versorgt wird, welche entweder aus einem Netz entnommen oder von einem Generator mit nachgeschaltetem Gleich­ richter erzeugt wird. Diese Antriebsart läßt sich besonders vorteilhaft auf elektonischem Wege leistungs­ abhängig steuern.

Demzufolge umfaßt ein geeigneter Drehstromantrieb für eine Schneeräummaschine die folgenden Komponenten:

• a) einen Dieselmotor;
• b) einen vom Dieselmotor angetriebenen Generator;
• c) einen dem Generator nachgeschalteten Gleich­ richter;
• d) einen Wechselrichter zum Erzeugen eines Dreh­ stroms mit variabler Frequenz und variabler Spannung und
• e) einen vom Wechselrichter versorgten Asynchron­ motor für den Antrieb des Rotors der Schnee­ fördereinrichtung.

Selbstfahrende Schneeräummaschinen sind erfindungsge­ mäß gekennzeichnet durch eine Gleichstromleistungs­ verzweigung, wobei ein erster Zweig für den Abtrieb eines bzw. mehrerer Rotoren der Schneeräummaschine und der zweite Zweig für den Fahrantrieb vorgesehen ist. Der vom Gleichrichter gelieferte Gleichstrom stellt hier gewissermaßen die Basisversorgung dar; er wird über eine Leistungsverzweigung sowohl für den Betrieb der Schneefördereinrichtung als auch für den Fahrantrieb verwendet.

Jede Antriebsverzweigung umfaßt zweckmäßigerweise einen oder mehrere Asynchronmotoren, welche über einen Wechselrichter, der am Eingang mit Gleichspannung versorgt wird, mit variabler Wechselspannung und variabler Frequenz versorgt werden. Vorteilhaft ist dabei die Frequenz zwischen null und etwa 200 Hz regelbar. Durch diese Frequenzregelung ergibt sich eine stufenlose Regelung für die Drehzahl der Drehstrommotoren sowohl der Schneefördereinrichtung als auch des Fahrantriebs unter vollständiger Vermei­ dung mechanischer Schaltvorgänge. Sowohl die Schnee­ fördereinrichtung beispielsweise in Form eines Schleuderrads als auch der Fahrantrieb werden dabei elektronisch geregelt. Die Drehstromtechnik für den Fahrantrieb bietet dabei den Vorteil, daß eine der Schneehöhe optimal angepaßte, bei großen Schnee­ höhen beliebig langsame Fahrgeschwindigkeit gleichmäßig gefahren werden kann. Bei mehreren Antriebsachsen der Schneeräummaschine können die einzelnen Achsen, wie bei Lokomotiv-Antrieben bekannt, durch Parallel­ schaltung der Wechselrichter elektrisch gekoppelt sein, so daß das Drehmoment gleichmäßig auf alle Achsen verteilt wird, die Räder einer einzelnen Achse also nicht durchdrehen können.

Ein besonders vorteilhafter Erfindungsvorschlag be­ steht darin, daß bei voller Leistungsausnutzung der Rotorantrieb der Schneefördereinrichtung geqenüber dem Fahrantrieb bevorrechtigt geschaltet ist, d. h. die Fahrgeschwindigkeit variiert umgekeht proportional zur Leistungsaufnahme des Rotors, wobei eine wählbare maximale Fahrgeschwindigkeit nicht überschritten wird. Bei beginnender Überlastung des Antriebs, z.B. bei Bergfahrt oder beim Räumen großer Schneehöhen, wird die Vorschubgeschwindigkeit automatisch zurück­ geregelt unter Aufrechterhaltung einer ausreichenden Leistung für den Rotorantrieb der Schneeförder­ einrichtung; sinkt die Leistungsaufnahme wieder, so steigt die Vorschubgeschwindigkeit automagisch wieder an, bis eine wählbare maximale Fahrgeschwindigkeit erreicht ist, deren Überschreitung jedoch aus Sicher­ heitsgründen automatisch verhindert wird.

Wenn große Leistungsreserven vorhanden sind, was bei Lok-Antrieben häufig der Fall ist, besteht die bereits erwähnte Möglichkeit der direkten Versorgung des Rotorantriebs durch den Generator, wobei die Rotordreh­ zahl mit der Drehzahl des Dieselmotors für den Betrieb des Generators variierbar geregelt ist und wobei unabhängig davon eine wählbare Fahrgeschwin­ digkeit konstant gehalten wird.

Aufgrund der gewählten Antriebstechnik bietet die Er­ findung besondere Vorteile für Schneeräummaschinen als Schienenfahrzeuge, wobei diese entweder selbstfah­ rend oder als von einer Lokomotive geschobenes Fahr­ zeug ausgebildet sein können. Die letztgenannte Aus­ führungsform umfaßt auf einem Fahrzeugaufbau neben dem Schleuderaggregat wenigstens einen Asynchronmotor für den Antrieb des Schleuderrads; zweckmäßig ist auf dem Fahrzeugaufbau des geschobenen Fahrzeugs aber auch der zugehörige Wechselrichter angeordnet. Die Verbin­ dung zwischen Lokomotive und geschobenem Fahrzeug reduziert sich hier auf eine mechanische Kupplung zwischen den Fahrzeugen und eine elektrische Verbin­ dung, welche die Schneeräummaschine mit der Gleich­ stromquelle der Lokomotive verbindet. Die Schneeräum­ maschine kann somit leicht von der Lokomotive getrennt werden, so daß die Lokomotive für andere Verwendungen zur Verfügung steht, wenn sie nicht zur Schneeräumung benötigt wird. Durch den Wegfall einer mechanischen Antriebsverbindung ergibt sich die Möglichkeit, das Schneeschleuderaggregat gegenüber dem Fahrzeugaufbau beliebig seitlich zu verschieben und damit besonders in Kurven das für die Bahn erforderliche Räumprofil auf einfache Weise zu verwirklichen.

Auf der eingefügten Zeichnung sind zur Erläuterung der Erfindung zwei Schaltungsvarianten in schemati­ scher Darstellung gezeigt, nämlich

in Fig. 1 die Drehzahlregulierung bei Änderung der Drehstromfrequenz durch den Wechselrichter und

in Fig. 2 die Drehzahlregulierung bei Änderung der Drehzahl des Dieselmotors bzw. des damit gekoppelten Generators.

In den Fig. 1 und 2 bedeuten die Bezugszeichen
1 = Dieselmotor
2 = Drehstrom-Generator
3 = Gleichrichter
4 = Wechselrichter
5 = Drehstrommotor/Fahrwerk und
6 = Drehstrommotor/Schneefördereinrichtung.

Die Motorleistungen für die Drehstrommotoren zum An­ trieb des Rotors des Schneefördereinrichtung, im allge­ meinen einer Schneeschleuder, betragen üblicherweise bis zu 600 kW, bei sehr großen Schneeräummaschinen bis zu 1000 kW. Im Vergleich dazu beträgt die Leistung üblicher Lokomotivantriebe bis zu etwa 4400 kW. Diese Leistung reicht aus, um davon die Antriebs­ leistung für die Schneeräummaschine abzweigen zu können.

Den Wechselrichtern 4 kommt die Aufgabe zu, die Dreh­ strommotoren je nach Drehzahl und Leistunganforderung mit einem Drehstrom variabler Frequenz und variabler Spannung zu versorgen. Die Veränderung dieser beiden Größen kann dabei stufenlos erfolgen. Am Eingang der Wechselrichter 4 liegt die vom Gleichrichter 3 gelieferte Gleichspannung an. Bevorzugt kommen Wechselrichter zur Anwendung, bei denen jede Phasen­ einheit aus statischen verschleißlosen Elementen auf­ gebaut ist wie Thyristoren, Dioden, Drosselspulen oder Kondensatoren.

Als Drehstrommotoren 5, 6 eignen sich insbesondere Asynchronmotoren. Sie sind einfach aufgebaut und arbei­ ten verschleißlos. Der Rotor dieser Motoren ist als Käfigläufer ausgeführt. Bei Anschluß an das Drehstrom­ netz rotiert im Stator ein magnetisches Feld, dessen Rotationsgeschwindigkeit direkt von der Speisefrequenz abhängt. Das rotierende Magnetfeld nimmt mit einer durch den Schlupf verringerten Drehzahl den Rotor mit. Die einzige von der Spannung gespeiste Wicklung des Asynchronmotors ist also im Stator untergebracht. Kollektoren, Schleifringe und dergleichen Verschleiß­ teile sind beim Asynchronmotor nicht vorhanden. Ent­ sprechend der Drehmomenten-Drehzahl-Kennlinie des Asynchronmotors kann das Drehmoment über den gesamten Drehzahl- und damit Geschwindigkeitsbereich konstant gehalten werden, wenn mit der steigenden Frequenz proportional die Spannung erhöht wird. Daraus resul­ tiert eine ständige Leistungssteigerung des Antriebs­ motors 5 für das Fahrwerk sowie des Antriebsmotors 6 für die Schneeräummaschine, wobei die Drehzahlen der beiden Antriebe selbstverständlich unabhängig von­ einander gesteuert werden.

Während gemäß Fig. 1 eine Gleichstromverzweigung im Punkt 7 für den Antrieb des Fahrwerk einerseits und der Schneeräummaschine andererseits vorgesehen ist, deren Drehzahlen über die entsprechende Steuerung der Wechselrichter 4 veränderbar ist, gilt dies bei Fig. 2 nur für den Antrieb des Fahrwerks. Dort ist die Leistungsverzweigung im Punkt 8 vor dem Gleichrichter 3 und nach dem Generator 2 vorgesehen. Da der Genera­ tor mit dem Dieselmotor synchron dreht, ergibt sich eine direkte Drehstromversorgung mit entspre­ chender Drehzahlsteuerung des Antriebsmotors 6 für die Schneeräummaschine durch entsprechende Steuerung der Drehzahl des Dieselmotors 1.

Claims (10)

1. Schneeräummaschine, deren Schneefördereinrichtung einen mit einem Drehstromantrieb mit variabler Fre­ quenz angetriebenen Rotor aufweist.

2. Schneeräummaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstromantrieb einen mit der Rotorwelle der Schneefördereinrichtung mechanisch gekoppelten Asynchronmotor (6) aufweist, der entweder direkt von einem Generator (3) oder über einen am Eingang mit Gleichspannung versorgten Wechselrichter (4) mit Drehstrom versorgt wird.

3. Schneeräummaschine nach Anspruch 1, deren Drehstrom­ antrieb die folgenden Komponenten umfaßt:.

• a) einen Dieselmotor (1);
• b) einen vom Dieselmotor (1) angetriebenen Genera­ tor (2);
• c) einen den Generator (2) nachgeschalteten Gleich­ richter (3);
• d) einen Wechselrichter (4) zum Erzeugen eines Dreh­ stroms mit variabler Frequenz und variabler Span­ nung und
• e) einen vom Wechselrichter versorgten Asynchronmo­ tor (6) für den Antrieb des Rotors der Schnee­ fördereinrichtung.

4. Selbstfahrende Schneeräummaschine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Gleichstromleistungsver­ zweigung, wobei ein erster Zweig für den Antrieb des Rotors der Schneefördereinrichtung und der zweite Zweig für den Fahrantrieb vorgesehen ist.

5. Schneeräummaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrantrieb einen oder mehrere Asynchron­ motoren (5) umfaßt, welche über einen oder mehrere Wechselrichter (4), die am Eingang mit Gleichspan­ nung versorgt werden, mit variabler Wechselspannung und variabler Frequenz versorgt werden.

6. Schneeräummaschine nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz zwischen null und etwa 200 Hz regelbar ist.

7. Schneeräummaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei voller Leistungsausnutzung der Rotorantrieb der Schneefördereinrichtung gegenüber dem Fahran­ trieb bevorrechtigt geschaltet ist, d.h. die Fahrge­ schwindigkeit variiert umgekehrt proportional zur Leistungsaufnahme des Rotors, wobei eine wählbare maximale Fahrgeschwindigkeit nicht überschritten wird.

8. Schneeräummaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei direkter Versorgung des Rotorantriebs durch den Generator (2) die Rotordrehzahl mit der Dreh­ zahl des Dieselmotors für den Betrieb des Genera­ tors (2) variierbar geregelt ist und daß eine wähl­ bare Fahrgeschwindigkeit konstant gehalten wird.

9. Schneeräummaschine als Schienenfahrzeug mit einem Schneeschleuderaggregat mit einer Leistungsversor­ gung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 entweder selbstfahrend oder als von einer Lokomotive ge­ schobenes Fahrzeug, welches auf einem Fahrzeugauf­ bau neben dem Schleuderaggregat wenigstens einen Asynchronmotor (6) für den Antrieb des Schleuderrads umfaßt.

10. Schneeräummaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Fahrzeugaufbau des geschobenenen Fahr­ zeugs auch der zugehörige Wechselrichter (4) ange­ ordnet ist.