DE3843223A1

DE3843223A1 - Antriebseinrichtung

Info

Publication number: DE3843223A1
Application number: DE19883843223
Authority: DE
Inventors: Guenther Roth
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; ABB AB
Priority date: 1988-12-22
Filing date: 1988-12-22
Publication date: 1989-05-03

Description

Technisches Gebiet

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einer Antriebseinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Stand der Technik

Mit dem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er aus der Schweizer Firmenzeitschrift Brown Boveri Mitteilungen 10 (1970), S. 429-438, bekannt ist. Dort werden 2 oder bei Doppeltriebwagen 2 · 2 parallel wirkende Fahrmotoren, die von einem Drehstrom-Fahrleitungssystem gespeist werden, zum Antrieb von Zahnradbahnen eingesetzt. Als Fahrmotoren werden Schleifring-Asynchronmotoren verwendet, welche mit verhältnismäßig geringem Schaltmaterial-Aufwand die Anfahrt aus dem Stillstand ermöglichen. Durch Ausnützen des negativen Schlupfes bei der Talfahrt kann ohne Umschaltungen und ohne zusätzliches Schaltmaterial Energie in das Fahrleitungsnetz gespeist bzw. rekuperiert werden.

Nachteilig ist, daß diese Motoren nur eine wirtschaftliche Drehzahl, das heißt nur eine wirtschaftliche Fahrzeug- Geschwindigkeit von ca. 15 km/h zulassen.

Durch die enorme Zunahme des Touristenverkehrs und die veränderten Marktverhältnisse (Skipendler) sind die Bergbahngesellschaften gezwungen, wollen sie die Beförderungskapazität anheben, schneller zu fahren.

Nachdem die Talfahrgeschwindigkeit durch das Bremsvermögen der verschiedenen mechanischen Bremsen und auf Grund strenger gesetzlicher Vorschriften nicht erhöht werden kann, bleibt nur die Möglichkeit, die Bergfahrt zu beschleunigen, wenn die Fahrzeit verkürzt werden soll.

Zwei Geschwindigkeiten können durch ein umschaltbares Getriebe erreicht werden, doch müssen diese Getriebe in einem Zugverband im Stillstand seriell umgeschaltet werden, damit zumindest immer eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Antriebszahnrad und Motor bzw. mechanischer Bremse vorhanden ist. Eine Umschaltung während der Berg- oder Talfahrt ist wirtschaftlich nicht realisierbar.

Polumschaltbare Asynchronmotoren kommen für die Variation der Geschwindigkeit praktisch nicht in Betracht, da Rotorwicklungen wirtschaftlich kaum polumschaltbar ausgeführt werden können.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist, löst die Aufgabe, eine Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß es möglich ist, mit 2 wirtschaftlichen Geschwindigkeiten bergwärts zu fahren, wobei die Geschwindigkeiten, ohne anzuhalten, beliebig gewechselt werden können und eine dieser Geschwindigkeiten höher als die höchstzulässige Geschwindigkeit für die Talfahrt ist.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein Rekuperationsbetrieb praktisch stetig bis zum Stillstand ausführbar ist und weniger Schaltmaterial als bisher erfordert. Die sekundärseitige Schaltapparatur des Fahrmotors (Schütze und Widerstand) sind nur einmal notwendig, da die Motoren seriell aufgeschaltet werden.

Durch die Einschaltung eines Differentialgetriebes zwischen das Antriebszahnrad und zwei Antriebsmotoren ist es möglich:

- einerseits bei der Bergfahrt durch Betrieb nur eines Motors und Festbremsen des zweiten Motors die untere wirtschaftliche Fahrgeschwindigkeit und durch Betrieb beider Motoren die obere wirtschaftliche Geschwindigkeit zu fahren,
- andererseits bei der Talfahrt durch Betrieb nur eines Motors und Festbremsen des zweiten Motors die zulässige Höchstgeschwindigkeit im Rekuperationsbetrieb und durch Zuschalten des zweiten Motors in Gegenrichtung den Rekuperationsbetrieb bis praktisch zum Stillstand auszunutzen.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen

Fig. 1 und 2 Prinzipdarstellungen einer Antriebseinrichtung für Fahrrichtung bergwärts bzw. talwärts,

Fig. 3 und 4 Antriebseinrichtungen mit 2 Antriebsmaschinen und einem Differentialgetriebe in einem Vertikalschnitt bzw. in Draufsicht, wobei die Antriebsmaschinen quer zur Fahrrichtung angeordnet sind,

Fig. 5 eine Antriebseinrichtung, bei der die Antriebsmaschinen längs der Fahrrichtung angeordnet sind,

Fig. 6 und 7 Einbauvarianten mit 2 Triebachsen bzw. 1 Triebachse je Drehgestell, wobei die Antriebsmaschinen am Fahrzeug befestigt sind, und

Fig. 8 und 9 Einbauvarianten mit 2 Triebachsen bzw. 1 Triebachse je Drehgestell, wobei die Antriebsmaschinen im Drehgestell befestigt sind.

Weg zur Ausführung der Erfindung

In den im wesentlichen übereinstimmenden Fig. 1 und 2 sind mit 1 und 2 Motoren bzw. Drehstrom-Asynchronmaschinen mit Schleifringen bezeichnet, welche als Antriebsmaschinen über Antriebswellen W 1 bzw. W 2 mit einem Differentialgetriebe 5 mechanisch gekoppelt sind. Eine Antriebswelle W 3 des Differentialgetriebes 5 wirkt über ein Antriebsrad bzw. Antriebszahnrad 3 auf eine Zahnstange 7, die ortsfest zwischen nicht dargestellten Schienen einer Zahnradbahnstrecke gelagert ist. Die Antriebsmaschinen 1 und 2 stehen ferner über ihre Antriebsachse bzw. die Antriebswellen W 1 und W 2 mit schematisch dargestellten mechanischen Bremsen B 1 und B 2 in Wirkverbindung, die Antriebswelle W 2 zusätzlich mit einer Rücklaufbremse B 3.

n 1 und n 2 bezeichnen Antriebsdrehzahlen der Antriebsmaschinen 1 bzw. 2, n 3 eine Antriebsdrehzahl der Antriebswelle W 3. Die jeweilige Drehrichtung ist durch Pfeile angedeutet. Bei Bergfahrt gemäß Fig. 1 weisen die beiden Antriebswellen W 1 und W 2 gleiche Drehrichtung wie die Abtriebswelle W 3 auf. Bei Talfahrt gemäß Fig. 2 ist die Drehrichtung der Abtriebswelle W 3 entgegengesetzt wie bei der Bergfahrt, während die Drehrichtungen der Antriebswellen W 1 bzw. W 2 entgegengesetzt sind.

Über das Differentialgetriebe 5 werden die 2 Antriebsmaschinen 1 und 2 mit dem Antriebszahnrad 3 kraftschlüssig verbunden, so daß sowohl bergwärts wie talwärts ohne Umschaltung durch Variation der Drehrichtung und Drehzahl diverse Geschwindigkeitsstufen eingestellt werden können. Die Anordnung hat den Vorteil, daß - speziell bergwärts - mit der doppelten Geschwindigkeit wie bisher gefahren werden kann, während talwärts von der höchstzulässigen Fahrzeuggeschwindigkeit von z. B. 15,5 km/h bis nahezu zum Stillstand die elektrische Rekuperationsbremse wirksam ist.

Für die Drehzahlen gilt:

n 1 _r + n 2 _r = k · n 3 _r für Bergfahrt und
n 1 _l + n 2 _r = k · n 3 _l für Talfahrt.

Dabei bedeuten: k einen Faktor, der Index r rechtsdrehend und der Index l linksdrehend.

Bei Bergfahrt wird für eine Fahrzeuggeschwindigkeit von 0 km/h . . . 14,5 km/h die Antriebsmaschine 1 mit einer Antriebsdrehzahl n 1 _r = 0 U/min . . . 1450 U/min betrieben, bei loser Bremse B 1, während die Bremse B 2 der Antriebsmaschine 2 fest ist, entsprechend n 2 = 0. Für eine Fahrzeuggeschwindigkeit von 14,5 km/h . . . 29 km/h wird die Antriebsmaschine 1 mit einer Antriebsdrehzahl n 1 _r = 1450 U/min und die Antriebsmaschine 2 mit einer Antriebsdrehzahl n 2 _r = 0 U/min . . . 1450 U/min betrieben, wobei beide Bremsen B 1 und B 2 lose sind.

Bei Talfahrt mit 15,5 km/h wird die Antriebsmaschine 1 mit einer Antriebsdrehzahl n 1 _l = 1550 U/min bei loser Bremse B 1 und die Antriebsmaschine 2 mit einer Antriebsdrehzahl n 2 0 bei fester Bremse B 2 betrieben. Für eine Fahrzeuggeschwindigkeit von 15,5 km/h . . . 0 km/h wird die Antriebsmaschine 1 mit einer Antriebsdrehzahl n 1 _l = 1550 U/min bei loser Bremse B 1 und die Antriebsmaschine 2 mit einer Antriebsdrehzahl n 2 _r = 0 U/min . . . 1450 U/min bei loser Bremse B 2 betrieben.

Bei den in den Fig. 3 bis 5 dargestellten Antriebseinrichtungen sind unterschiedliche Anordnungen der Antriebsmaschinen 1 und 2 in Verbindung mit Übersetzungszahnrädern 6, dem Differentialgetriebe 5 und Laufrädern 4 (Fig. 4 und 5) eines nicht dargestellten Fahrzeuges gezeigt. Bei der Antriebseinrichtung gemäß Fig. 5 wirkt die Antriebswelle W 3 gleichzeitig über 2 Antriebszahnräder 3 auf 2 Triebachsen 9.

Die Fig. 6-9 zeigen Fahrzeugböden 10 mit Drehgestellen 8, welche je 1 Triebachse 9 (Fig. 7 und 8) bzw. je 2 Triebachsen 9 (Fig. 6 und 9) aufweisen. Bei den Antriebseinrichtungen der Fig. 6 und 7 sind die Antriebsmaschinen 1 und 2 am Fahrzeugboden 10 befestigt, bei den Antriebseinrichtungen der Fig. 8 und 9 jeweils am Drehgestell 8.

Vorzugsweise werden Antriebsmaschinen 1, 2, Wellen W 1-W 3, Differentialgetriebe 5 und Anfahr-/Bremswiderstände (nicht dargestellt) unterhalb des Fahrzeugbodens angebracht, damit, insbesondere bei einem Panoramafahrzeug, auch die Sicht durch die Fahrzeugdecke bzw. das Fahrzeugdach weitgehend freigegeben werden kann.

Es versteht sich, daß die Asynchronmaschinen 1 und 2 auch über einen Stromrichter gesteuert sein können.

Bezeichnungsliste

1, 2 Asynchronmaschinen, Motoren, Antriebsmaschinen
3 Antriebszahnrad, Antriebsrad
4 Laufräder
5 Differentialgetriebe
6 Übersetzungszahnräder
7 Zahnstange
8 Drehgestell
9 Triebachse
10 Fahrzeugboden
B 1, B 2 Bremsen
B 3 Rücklaufbremse
n 1, n 2 Antriebsdrehzahlen
n 3 Abtriebsdrehzahl
W 1, W 2 Antriebswellen von 1 bzw. 2
W 3 Abtriebswelle von 5

Claims

1. Antriebseinrichtung

a) mit mindestens 2 Antriebsmaschinen (1, 2),
b) welche mit mindestens einem Antriebsrad (3) kraftschlüssig in Wirkverbindung stehen und
c) mit 1. bzw. 2. Antriebsdrehzahlen (n 1, n 2) betreibbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
d) daß die mindestens 2 Antriebsmaschinen (1, 2) über mindestens 1 Differentialgetriebe (5) mit dem mindestens einen Antriebsrad (3) in Wirkverbindung stehen.

2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmaschinen Drehstrommaschinen (1, 2) sind, von denen wenigstens eine über Anfahr- und Bremswiderstände in ihrer Antriebsdrehzahl (n 1, n 2) einstellbar ist.

3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Asynchronmaschinen (1, 2) stromrichtergesteuert sind.

4. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Antriebsmaschine (2) eine Rücklaufbremse (10) in Wirkverbindung steht.

5. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4 für ein Panoramafahrzeug mit weitgehend freier Sicht nach oben sowie in seitlicher Richtung, insbesondere für Zahnradbahnen, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmaschinen (1, 2) das Differentialgetriebe (5) sowie die Anfahr- und Bremswiderstände unterhalb des Fahrzeugbodens angeordnet sind.