EP1247713A2 - Triebfahrwerk für Schienenfahrzeuge ohne Radsätze - Google Patents

Triebfahrwerk für Schienenfahrzeuge ohne Radsätze Download PDF

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EP1247713A2 EP02006809A EP02006809A EP1247713A2 EP 1247713 A2 EP1247713 A2 EP 1247713A2 EP 02006809 A EP02006809 A EP 02006809A EP 02006809 A EP02006809 A EP 02006809A EP 1247713 A2 EP1247713 A2 EP 1247713A2
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    • B61C9/00—Locomotives or motor railcars characterised by the type of transmission system used; Transmission systems specially adapted for locomotives or motor railcars
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    • B61F3/00—Types of bogies
    • B61F3/02—Types of bogies with more than one axle
    • B61F3/04—Types of bogies with more than one axle with driven axles or wheels

Definitions

  • the invention relates to a driven chassis for rail vehicles without wheelsets.
  • Rail vehicles generally have an entire wheel set powered by a motor.
  • the low floor, in particular modern trams force the dissolution of the Wheelset and leads to individual wheels or via a longitudinal motor mechanically coupled side wheel pairs.
  • the motor rotor transmits its torque via a coupling device the radial mobility is greater than the spring travel of the primary suspension.
  • This single wheel drive, especially for electrically powered vehicles Rail vehicles has the advantage that the share is low in unsprung masses.
  • a mechanical coupling of side pairs of wheels is from the DE 44 46 043 C1 known, in which a chassis with two parallel Side members supported by at least one cross member are connected to each other, and two pairs of wheels each two individual wheels, at least two axially opposite Individual wheels each driven by a motor with a gear and each individual wheel can be rotated in a wheel rail is mounted, the wheel rails each parallel to Chassis longitudinal axis at both ends of parallel chassis parts arranged and vertically deflectable about a joint, and the motors with their longitudinal axes parallel to the longitudinal beams arranged and the wheel rails as a gear housing are trained.
  • the object of the invention is to create a undercarriage of a rail vehicle that the above avoids disadvantages mentioned and an economic Drive concept of such a chassis allows.
  • According to the invention is a coupling of the execution both individually driven single wheels or single wheel pairs created via an electromagnetic torsion spring. This leads to to a significantly improved straight running of the rail vehicles compared to rail vehicles with asynchronous traction motors without wheelsets. This will reduce wear on wheels and Rails reduced. This leads among other things for increased driving comfort of passengers.
  • An electromagnetic wheel set shaft is thus created, like a mechanical wheelset shaft, no additional Software or commissioning effort required.
  • the electromagnetic Wheelset shaft also works in the event of failure or Switch off one of the permanent magnet excited synchronous motors feeding converter, in particular pulse inverter and with pure rolling of the vehicle through permanent excitation of the Synchronous motors.
  • permanently excited synchronous motors increases drive efficiency, and also become electrical noises and pendulum torques of the traction motors reduced compared to asynchronous motors.
  • the synchronous motors either drive the individual wheels directly on or are via gears with the single wheels or single wheel pairs mechanically coupled.
  • the 1 shows the basic drive of a chassis its individual wheels 1.
  • the individual wheels 1 are via coupling devices 2 from a synchronous motor 3, preferably a permanent magnet excited synchronous motor.
  • the electrical supply of the synchronous motors 3 axially side by side lying individual wheels 1 each take place over a Pulse inverter 4.
  • the synchronous motors 3 can on the cross members of the chassis or on not shown Longitudinal beams.
  • each a synchronous motor 3 assigned to these individual wheels drives a mechanical coupling device 2 directly.
  • FIG 3 shows an example of a further embodiment of FIG 2 in which the drive of the individual wheels 1 is not direct, but via a gear 5.
  • a coupling device 2 are in the described embodiments angular and axially flexible Couplings are provided, e.g. Tabs, curved tooth or wedge pack couplings.
  • angular and axial compliant couplings can also be radial and axial flexible couplings, e.g. Parallel crank and three ring link clutches be used.
  • FIG. 4 shows an embodiment in which one behind the other Single wheels 1 are mechanically rigidly coupled.
  • This coupling device 2 can also be done via a gear 5.
  • the coupling devices 2 shown in FIG. 3 are also suitable described embodiments. So there are two single wheels 1 driven by a synchronous motor 3.
  • the two Synchronous motors 3 of a chassis are electrically parallel switched and are operated by a common pulse inverter fed.
  • the synchronous drives When executing the single wheel drives according to FIG 1, the synchronous drives as an internal rotor or an external rotor motor intended.
  • the electromagnetic wheelset shaft formed according to the invention also works if the pulse-controlled inverter fails or is switched off and rolling out of the vehicle due to the Permanent excitation of the synchronous motors 3.
  • the electromagnetic Wheelset shaft still requires no software or commissioning effort. It reduces wear Wheels and rails, leads to increased driving comfort, and reduced by the electrical parallel connection of the traction motors, in particular permanent magnet synchronous motors 3 which Number of required pulse inverters.

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Abstract

Triebfahrwerk eines Schienenfahrzeugs mit folgenden Merkmalen: Einzelrädern (1), die durch permanenterregte Synchronmotoren (3) angetrieben sind, eine elektrische Kopplung der beiden gegenüberliegenden Einzelräder (1) durch Parallelschaltung und Speisung beider Synchronmotoren (3) über einen gemeinsamen Umrichter, insbesondere Pulswechselrichter (4). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein angetriebenes Fahrwerk für Schienenfahrzeuge ohne Radsätze.
Bei Schienenfahrzeugen wird in der Regel ein gesamter Radsatz durch einen Motor angetrieben. Die Niederflurigkeit, insbesondere moderner Straßenbahnen erzwingt die Auflösung des Radsatzes und führt zu Einzelrädern oder über je einen Längsmotor mechanisch gekoppelten seitlichen Radpaaren.
So ist ein einzelner Radantrieb für ein elektrisches Fahrzeug bei dem ein Motor mit seinem Stator an einem ersten Fahrwerk befestigt ist und bei dem sich das erste Fahrwerksteil über eine Primärfederung in einen ungefederten zweiten Fahrwerksteil abstützt auf dem das Einzelrad drehbar gelagert ist, bekannt. Dabei überträgt der Rotor des Motors sein Drehmoment über eine Kupplungseinrichtung deren radiale Beweglichkeit größer ist als der Federweg der Primärfederung. Dieser Einzelradantrieb, der insbesondere für elektrisch angetriebene Schienenfahrzeuge geeignet ist, hat den Vorteil, dass der Anteil an ungefederten Massen gering ist.
Eine mechanische Kopplung seitlicher Radpaare ist aus der DE 44 46 043 C1 bekannt, bei der ein Fahrwerk mit zwei parallelen Längsträgern, die durch wenigstens einen Querträger miteinander verbunden sind, und zwei Radpaaren aus jeweils zwei Einzelrädern, wobei wenigstens zwei axial gegenüberliegende Einzelräder von jeweils einem Motor mit Getriebe angetrieben sind und jedes Einzelrad in einer Radschiene drehbar gelagert ist, wobei die Radschienen jeweils parallel zur Fahrwerkslängsachse an beiden Enden von parallelen Fahrwerksteilen angeordnet und um ein Gelenk vertikal auslenkbar sind, und die Motoren mit ihren Längsachsen parallel zu den Längsträgern angeordnet und die Radschienen als Getriebegehäuse ausgebildet sind.
Bei diesem Stand der Technik werden die Einzelräder oder die Einzelradpaare von je einem Asynchronfahrmotor angetrieben, die an einem gemeinsamen Pulswechselrichter elektrisch parallelgeschaltet sind. Dadurch sind sie über eine elektrische Schlupfkupplung gekoppelt und nicht drehzahlstarr gekoppelt. Nachteilig dabei ist, dass durch die Elimination der Radsatzwelle die eigenstabile Spurführung des Radsatzes, d.h. des Sinuswellenlaufes, verloren geht, was zu erhöhtem Verschleiß an Rädern und Schienen führt. Außerdem führt die bekannte Lösung zu einem schlechten Geradeauslauf bei Schienenfahrzeugen ohne Radsätze.
Ausgehend davon, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Fahrwerk eines Schienenfahrzeugs zu schaffen, das die oben genannten Nachteile vermeidet und ein wirtschaftliches Antriebskonzept eines derartigen Fahrwerks ermöglicht.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch ein Triebfahrwerk nach Anspruch 1 oder Anspruch 4.
Erfindungsgemäß ist durch die Ausführung eine Kopplung der beiden einzeln angetriebenen Einzelräder oder Einzelradpaare über eine elektromagnetische Drehfeder geschaffen. Dies führt zu einem deutlich verbesserten Geradeauslauf der Schienenfahrzeuge gegenüber Schienenfahrzeugen mit Asynchronfahrmotoren ohne Radsätze. Damit wird der Verschleiß an Rädern und Schienen reduziert. Dies führt u.a. zu einem erhöhten Fahrkomfort der Fahrgäste.
Es ist somit eine elektromagnetische Radsatzwelle geschaffen, die wie eine mechanische Radsatzwelle keinerlei zusätzlichen Software- oder Inbetriebnahmeaufwand erfordert. Die elektromagnetische Radsatzwelle funktioniert auch bei Ausfall oder Abschalten eines die permanentmagneterregten Synchronmotoren speisenden Umrichters, insbesondere Pulswechselrichters und bei reinem Rollen des Fahrzeugs durch permanente Erregung der Synchronmotoren. Durch Verwendung permanenterregter Synchronmotoren erhöht sich der Antriebswirkungsgrad, und außerdem werden elektrische Geräusche und Pendelmomente der Fahrmotoren gegenüber Asynchronmotoren verringert.
Die Synchronmotoren treiben die Einzelräder entweder direkt an oder sind über Getriebe mit den Einzelrädern oder Einzelradpaaren mechanisch gekoppelt.
Die Verwendung eines derartigen Antriebssystems ist insbesondere bei Niederflurstraßenbahnen ohne Radsätze vorteilhaft.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert, darin zeigen:
FIG 1
den prinzipiellen Einzelradantrieb eines Fahrwerks,
FIG 2
den prinzipiellen Einzelradpaarantrieb eines Fahrwerks,
FIG 3
den prinzipiellen Einzelradpaarantrieb mit Getriebe eines Fahrwerks,
FIG 4
einen weiteren Einzelradpaarantrieb mit Getriebe.
FIG 1 zeigt den prinzipiellen Antrieb eines Fahrwerks mit seinen Einzelrädern 1. Die Einzelräder 1 werden über Kupplungseinrichtungen 2 von einem Synchronmotor 3, vorzugsweise einem permanentmagneterregten Synchronmotor, angetrieben. Die elektrische Versorgung der Synchronmotoren 3 von axial nebeneinander liegenden Einzelrädern 1 erfolgt jeweils über einen Pulswechselrichter 4. Dabei können die Synchronmotoren 3 sich an den Querträgern des Fahrwerks oder an nicht näher dargestellten Längsträgern befinden.
In einer weiteren Ausführungsform sind zwei Einzelräder 1, die sich in Fahrtrichtung hintereinander befinden, jeweils einem Synchronmotor 3 zugeordnet, der diese Einzelräder über eine mechanische Kupplungseinrichtung 2 direkt antreibt.
FIG 3 zeigt beispielhaft eine weitere Ausführungsform der FIG 2 bei der der Antrieb der Einzelräder 1 nicht direkt, sondern über ein Getriebe 5 erfolgt. Als Kupplungseinrichtung 2 sind bei den beschriebenen Ausführungsformen winkel- und axialnachgiebige Kupplungen vorgesehen, wie z.B. Laschen, Bogenzahn- oder Keilpaketkupplungen. Anstelle von winkel- und axial nachgiebigen Kupplungen können auch radial- und axial nachgiebigen Kupplungen, z.B. Parallelkurbel- und Dreiringlenkerkupplungen eingesetzt werden.
FIG 4 zeigt eine Ausführung, bei der hintereinanderliegende Einzelräder 1 mechanisch starr gekoppelt sind. Diese Kupplungseinrichtung 2 kann auch über ein Getriebe 5 erfolgen. Als Kupplungseinrichtung 2 eignen sich auch die unter FIG 3 beschriebenen Ausführungsformen. Es werden somit zwei Einzelräder 1 über einen Synchronmotor 3 angetrieben. Die beiden Synchronmotoren 3 eines Fahrwerks sind elektrisch parallel geschaltet und werden von einem gemeinsamen Pulswechselrichter gespeist.
Bei Ausführung der Einzelradantriebe nach FIG 1 sind die Synchronantriebe als Innenläufer- oder auch als Außenläufermotor vorgesehen.
Die erfindungsgemäß gebildete elektromagnetische Radsatzwelle funktioniert auch bei Ausfall oder Abschalten des Pulswechselrichters und reinem Ausrollen des Fahrzeugs aufgrund der Permanenterregung der Synchronmotoren 3. Die elektromagnetische Radsatzwelle erfordert weiterhin keinerlei Software- oder Inbetriebnahmeaufwand. Sie reduziert den Verschleiß an Rädern und Schienen, führt zu einem erhöhten Fahrkomfort, und reduziert durch die elektrische Parallelschaltung der Fahrmotoren, insbesondere permanenterregte Synchronmotoren 3, die Anzahl der erforderlichen Pulwechselrichter.

Claims (6)

  1. Triebfahrwerk eines Schienenfahrzeugs mit folgenden Merkmalen:
    Einzelrädern (1), die durch permanenterregte Synchronmotoren (3) angetrieben sind,
    eine elektrische Kopplung der beiden gegenüberliegenden Einzelräder (1) durch Parallelschaltung und Speisung beider Synchronmotoren (3) über einen gemeinsamen Umrichter, insbesondere Pulswechselrichter (4).
  2. Triebfahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronmotoren (3) die Einzelräder (1) direkt antreiben.
  3. Triebfahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronmotoren (3) die Einzelräder (1) über ein Getriebe (3) antreiben.
  4. Triebfahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass statt mechanisch entkoppelten Einzelrädern (1) je zwei Einzelräder (1) hintereinander mechanisch starr gekoppelt sind und über einen gemeinsamen Synchronmotor (3) angetrieben werden, wobei die beiden einem Fahrwerk zugeordneten Synchronmotoren (3) elektrisch parallelgeschaltet sind und von einem gemeinsamen Umrichter, insbesondere Pulswechselrichter (4), gespeist werden.
  5. Triebfahrwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch starr gekoppelten Einzelräder (1) über ein Getriebe (5) von dem Synchronmotor (3) angetrieben werden.
  6. Verwendung eines Triebfahrwerks nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere bei Niederflurstraßenbahnen.
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