EP3030469A1 - Triebzug mit angetriebenen drehgestellen - Google Patents

Triebzug mit angetriebenen drehgestellen

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Publication number
EP3030469A1
EP3030469A1 EP14749837.2A EP14749837A EP3030469A1 EP 3030469 A1 EP3030469 A1 EP 3030469A1 EP 14749837 A EP14749837 A EP 14749837A EP 3030469 A1 EP3030469 A1 EP 3030469A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bogie
drive
bogies
multiple unit
driven
Prior art date
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Granted
Application number
EP14749837.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3030469B1 (de
Inventor
Peter Heidrich
Thomas KÜNZEL
Hans-Joachim KIRCHNER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alstom Transportation Germany GmbH
Original Assignee
Bombardier Transportation GmbH
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Filing date
Publication date
Family has litigation
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Application filed by Bombardier Transportation GmbH filed Critical Bombardier Transportation GmbH
Publication of EP3030469A1 publication Critical patent/EP3030469A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3030469B1 publication Critical patent/EP3030469B1/de
Revoked legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C3/00—Electric locomotives or railcars

Definitions

  • the invention is in the field of vehicle technology and in particular the rail vehicle technology and relates to a multiple unit with driven bogies. Furthermore, the invention relates to the distribution of drives in a trainset.
  • the coupling between the car In vehicle construction, especially in rail vehicle construction, the coupling between the car must be carefully designed in the design of vehicles.
  • the coupling which connects two carriages, must be able to absorb strongly fluctuating forces during operation.
  • the wagon may exert heavily fluctuating forces on the middle wagon in front of or behind the middle wagon due to sliding and skidding processes, depending on the track conditions. These fluctuating forces can damage the coupling between the individual cars.
  • the damage can be felt for example in the form of knocked couplings.
  • an increased bucking may occur, which impairs both the ride comfort and the life of clutches, and thus also the operational safety.
  • DE 10 2009 009 116 AI describes a trainset in which at least one car is designed as a motor car and at least one car as a non-powered auxiliary car.
  • drive modules are formed by coupling a motor vehicle and a power supply car. The drive modules are coupled to the non-powered additional wagons.
  • the carriage unit comprises a carriage with driven bogies and a carriage with pure running bogies.
  • the car unit can be added depending on the desired capacity of the railcar to a train or removed from the train.
  • a multiple unit is provided with at least two carriages connected by couplings.
  • the cars each include two own bogies, the trainset in the direction along the train a first bogie and a last bogie includes. In the train all bogies of the trainset except the first bogie and the last bogie are driven.
  • Another advantage is that the influence of the tensile and braking forces by an adaptation of the driving style to the weather conditions in the arrangements according to embodiments described herein is no longer necessary to the extent necessary for multiple units without the inventive arrangement of the drives. Furthermore, you get again a higher timeline loyalty to weather conditions that favor, for example, in autumn and winter, the slip of the wheels.
  • the multiple unit is equipped with a bogie-selective drive
  • the driven bogies of the trainset are each equipped with its own drive. This allows a uniform distribution of forces on the couplings and at the same time a high tensile force by a single drive per bogie.
  • each drive a bogie is assigned an inverter. This promotes a uniform weight distribution over the train, since the inverters can be dimensioned according to the number of inverters and then assigned to each driven bogie. Accordingly, each drive a bogie can be assigned their own regulation.
  • each case two of the driven bogies, which are arranged adjacent to the drive train adjacent to and after a coupling connecting two cars, combined to form a drive group, wherein optionally the two combined into a drive group bogies a common inverter assigned.
  • This arrangement allows low tensile forces to be transmitted through the clutches during operation, and especially during operating conditions that cause slippage. Even if one of the drives fails, the forces to be transmitted through the clutches are still within an acceptable range, i. the clutches are not stressed too much.
  • the multiple unit comprises three cars. In an arrangement with exactly three cars, wherein the first and the last bogie are not driven, the distribution of forces through the couplings is uniform and therefore particularly advantageous.
  • the bogies each comprise two axes and the driven bogies each comprise two driven axles. This arrangement ensures that the force provided by the drive is evenly distributed to the wheels.
  • the clutches of the trainset designed such that the multiple unit in case of failure a drive or a drive group can continue. Due to the uniform distribution of the tensile forces on the couplings is not brought about by the failure of a drive or a drive group, no situation that stops the operation of the multiple unit prematurely. Rather, the trainset can continue its journey, and a repair take place at an appropriate time, without any major damage to the clutches is to be feared.
  • each rail vehicle preferably in multiple units without Jacob bogies, with at least two or at least three cars.
  • Figures la to lf show schematic views of a trainset in various operating conditions according to embodiments of the invention.
  • Figures 2a to 2c show schematic views of a multiple unit in various operating states according to embodiments of the invention.
  • Figures 3a to 3c show schematic views of a trainset as a comparative example.
  • each bogie comprises two axles.
  • two axes 135 and 136 of bogie 132 are shown in FIG. 1a.
  • the trainset s on a first bogie and a last bogie along the trainset on.
  • the first bogie is the bogie 111
  • the first bogie is the bogie 211
  • the last bogie is denoted in Figures la to lf bogie 132 and in Figures 2a to 2c is the last bogie with Bogie 232 referred to.
  • the first and last bogies are not powered while all other intermediate bogies are powered.
  • driven bogies are marked with black circles.
  • Non-driven bogies are marked with white filled circles.
  • each driven bogie in the railcar is assigned a drive unit, which may include, for example, a motor and a control unit ,
  • a separate inverter is assigned to each driven bogie in a bogie-selective drive.
  • both bogies of the center car 120 and the respective middle bogie 112 and 131 of the end cars 110 and 130 are driven.
  • several failure scenarios are considered, whereby the failure of three and more drive bogies is not considered.
  • the driven bogie 112 exerts a force F
  • the driven bogie 121 a force F 2 i
  • the driven bogie 122 a force F 22
  • the driven bogie 131 a force F 3i .
  • Figure la shows a situation of the railcar, in which all drives are ready for use. If all drives are available, then 100% of the drive torque or the tractive force, in each case related to the entire vehicle, are available. About the carriage transition clutches K a and K b in each case a tensile force of 8.33% of the total tensile force is transmitted. This is because each car 110, 120, 130 has a traction of 33.33% of the total traction, but the two outer trays (first and third carriages) 110 and 130 only contribute 25% of the total traction. Therefore, the car transfer clutches K a and K b transferred from the middle car (second car) 120 to the two outer car 110, 130 each have a tensile force of 8.33%.
  • Figure lb shows the situation in which the drive of the bogie 112 fails, which is represented by the crossed-out wheels and the crossed-out force arrow F. If the drive of the bogie 112 fails, the carriage 110 will no longer be driven. About the car transition clutch K a 25% of the original drive torque or the total traction to be transmitted, via wagon transfer clutch K b is no tensile force transmission. Because there are now only 75% of the total traction available, which must be evenly distributed to the three cars 110, 120, 130.
  • Figure lc shows a situation in which the drive of the bogie 131 fails, which is represented by crossed-out wheels and the crossed-out power arrow F 3 i. If the drive of the bogie 131 fails, then carriage 130 is no longer driven. About the car transition clutch K b 25% of the original drive torque or the tensile force to be transmitted to the car transfer clutch K a no tensile force transmission.
  • Figure ld shows a situation in which either the drive of the bogie 121 or the bogie 122 fails, which is represented by crossed-out wheels and the crossed-out power arrow F 2 i, or the dotted crossed power arrow F 22 . If the drive of the bogies 121 or 122 fails, ie only one bogie fails , no tensile forces are transmitted via the wagon transfer clutches K a and K b . Because in this case are per wagon 110, 120, 130 a powered bogie available.
  • Figures 2a to 2c show a trainset 200, in which both bogies 221 and 222 of the medium wagon 220 and the respective middle bogie 212 and 231 of the end cars 210 and 230, i. the bogie located at the coupled end to be driven.
  • the drives of each two adjacent bogies are combined to form a drive group.
  • bogies 212 and 221 are grouped together; a drive group extends over a carriage transition clutch.
  • a drive group may include a single control unit.
  • the motors of a drive group may be operated in parallel with an inverter.
  • Figure 2a shows a situation of the railcar, in which all drives are ready for use. If all drives are in operation, then 100% of the drive torque or the traction, in each case related to the entire vehicle available. About the carriage transition clutches K a and K b in each case a tensile force of 8.33% is transmitted.
  • Figure 2b shows an example in which the drive for the bogies 212 and 221 fails, as indicated by crossed-out wheels and the crossed-out force arrows F i2 and F 2 i. If this first group drive fails to drive the two bogies 212 and 221, carriage 210 will not be driven. About the car transition clutch K a 16.67% of the drive torque to be transmitted. About the car transition clutch K b 8.33% of the drive torque are transmitted. This results from the fact that now only 50% of the original total traction available, which must be evenly distributed to each car.
  • Figure 2c shows an example in which the drive group for the bogies 222 and 231 fails, as indicated by crossed-out wheels and the crossed-out force arrows F 22 and F 3 i. If the drive system fails, both bogies 222 and 231 drives, so reverse the force relationships with respect to the explained with reference to Figure 2b failure of the drive system, which drives the bogies 212 and 221.
  • FIGS. 3a to 3c The comparative example to illustrate the effect that can be achieved by embodiments of the invention is shown in Figures 3a to 3c.
  • both bogies 311, 312 and 331, 332 of each endcar 310 and 330 are driven.
  • the drives are switched as group drive, i. two adjacent bogies each are combined in one drive group.
  • engines of a end car are operated in parallel on an inverter.
  • the bogies 311, 312 and the bogies 331, 332 are combined into a drive group.
  • FIG. 3a shows the comparative example when all drives are ready for operation.
  • the drive systems of each endcar must provide 50% of the total traction. Since all cars have an identical mass, each car requires a fictitious identical pulling force, which is 33.33% of the total traction. Thus, the car transfer clutches K a and K b each have to transmit a tensile force of 16.67%.
  • the embodiment of the figures la to lf has the advantage that in a failure situation only one bogie fails (and not, as in the embodiment of Figures 2a to 2c an entire drive group), whereby a more accurate control is possible.
  • driving left and right of the clutch may reduce the load on the clutches. For example, in a situation in which slip occurs, which corresponds to a torque demolition, the sudden load on the clutches is smaller, as explained above.

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Abstract

Es wird ein Triebzug (100; 200) mit mindestens zwei mit einer Kupplung verbundenen Wagen (110,120, 130; 210,220, 230) beschrieben, die jeweils zwei Drehgestelle (111, 112; 121, 122; 131, 132; 211, 212; 221, 222; 231, 232) aufweisen. Der Triebzug weist in Richtung entlang des Triebzuges ein erstes Drehgestell (111; 211) und ein letztes Drehgestell (132; 232) auf, wobei alle Drehgestelle des Triebzugs mit Ausnahme des ersten Drehgestells (111; 211) und des letzten Drehgestells (132; 232) angetrieben sind.

Description

Beschreibung
Triebzug mit angetriebenen Drehgestellen
Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Fahrzeugtechnik und insbesondere der Schienenfahrzeugtechnik und betrifft einen Triebzug mit angetriebenen Drehgestellen. Des Weiteren betrifft die Erfindung die Verteilung von Antrieben in einem Triebzug.
Vorbekannter Stand der Technik
[0002] Im Fahrzeugbau, insbesondere im Schienenfahrzeugbau, muss bei der Konzeption von Fahrzeugen die Kupplung zwischen den Wagen sorgfältig ausgelegt werden. Die Kupplung, die zwei Wagen miteinander verbindet, muss im Betriebsfall unter Umständen stark schwankende Kräfte aufnehmen können. So kann es etwa bei dreiteiligen Wagenzügen vorkommen, dass der Wagen vor bzw. hinter dem Mittelwagen durch Gleit- und Schleudervorgänge, je nach Gleisverhältnissen, stark schwankende Kräfte auf den Mittelwagen ausübt. Durch diese schwankenden Kräfte kann die Kupplung zwischen den einzelnen Wagen beschädigt werden.
[0003] Die Schäden können sich zum Beispiel in Form von ausgeschlagenen Kupplungen bemerkbar machen. Dazu kommt, dass bei schnell wechselnden Schlupfverhältnissen ein verstärktes Ruckeln auftreten kann, was sowohl den Fahrkomfort als auch die Lebensdauer von Kupplungen, und damit auch die Betriebssicherheit, beeinträchtigt.
[0004] Das Problem beschädigter Kupplungen wurde bisher auf veschiedene Arten gelöst. Zum Beispiel wurden die Kupplungen, bzw. Bauteile der Kupplungen, durch den Kunden vorzeitig ausgetauscht. Dies ist natürlich mit einem entsprechenden Montageaufwand und hohen Kosten verbunden.
[0005] Eine andere Art der Schadensreduzierung ist, die Zug- und Bremskraft soweit möglich zu reduzieren, um durch eine den Schienenverhältnissen angepassten Fahrweise den Kupplungsverschleiß zu reduzieren. Die Anpassung der Zug- bzw. Bremskraft ist aber nicht in allen Situationen im gewünschten Maße möglich. [0006] Die DE 600 06 864 T2 beschreibt einen doppelstöckigen Wagenzug, dessen Ladungsverteilung im Zug bezüglich der Triebdrehgestelle optimiert ist. Dabei werden die angetriebenen Achsen möglichst weniger belastet als die reinen Laufachsen, damit die Massen entsprechend verteilt sind. Gleichzeitig wird durch die Anordnung von reinen Laufachsen zu angetriebenen Achsen in einem bestimmten Verhältnis eine Über- oder Untermotorisierung vermieden. Durch die entsprechende Massenverteilung und Antriebsverteilung wird bei modularer Bauweise eine gleichbleibende Leistung eines Zuges ermöglicht, auch wenn der Zug mit weiteren Wagen ausgestattet wird.
[0007] Die DE 10 2009 009 116 AI beschreibt einen Triebzug, in dem mindestens ein Wagen als Motorwagen und mindestens ein Wagen als antriebsloser Zusatzwagen ausgebildet ist. In dem Triebzug werden sogenannte Antriebsmodule durch Aneinanderkuppeln eines Motorwagens und eines Energieversorgungswagens gebildet. Die Antriebsmodule werden an die antriebslosen Zusatzwagen gekuppelt.
[0008] In der DE 10 2010 009 250 AI ist eine Wageneinheit für einen Triebzugverband beschrieben. Die Wageneinheit umfasst einen Wagen mit angetriebenen Drehgestellen und einen Wagen mit reinen Laufdrehgestellen. Die Wageneinheit kann je nach gewünschter Kapazität des Triebzuges zu einem Triebzug hinzugefügt oder aus dem Triebzug entfernt werden.
Nachteile des Standes der Technik
[0009] Die vorbekannten Lösungen sind jedoch nur teilweise zufriedenstellend, da die Antriebsverteilung in dem Triebzug nur für den normalen, ereignislosen Betriebsbereich optimiert sind. Die oben genannten Probleme des Kupplungsverschleißes werden zugunsten einer höheren Flexbilität bei der Kapazitätsgestaltung des Triebzuges nicht oder kaum beachtet. Die oben genannten Maßnahmen, wie Austausch der Kupplungen oder Anpassung der Fahrweise, resultieren in hohen Bauteilkosten und hohen Betriebskosten, wenn aufgrund der angepassten Fahrweise Fahrpläne nicht eingehalten werden können.
Problemstellung
[0010] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Triebzug bereit zu stellen, dessen Kupplungen nicht durch stark schwankende Kräfte unangemessen beansprucht werden. Gleichzeitig sollen Zusatzkosten für die gleichmäßige Verteilung der Kräfte über den Triebzug gering gehalten oder gänzlich vermieden werden.
Erfindungsgemäße Lösung
[0011] Diese Aufgabe wird durch einen Triebzug nach Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen, Modifikationen und Verbesserungen ergeben sich anhand der folgenden Beschreibung und gemäß den beigefügten Ansprüchen.
[0012] Gemäß einer Ausführungsform wird ein Triebzug mit mindestens zwei mittels Kupplungen verbundenen Wagen bereitgestellt. Die Wagen umfassen jeweils zwei eigene Drehgestelle, wobei der Triebzug in Richtung entlang des Triebzuges ein erstes Drehgestell und ein letztes Drehgestell umfasst. In dem Triebzug sind alle Drehgestelle des Triebzugs mit Ausnahme des ersten Drehgestells und des letzten Drehgestells angetrieben.
[0013] Durch die beschriebene Anordnung der Antriebe in dem Triebzug werden die Kupplungen nicht mehr durch stark unterschiedliche Kräfte unangemessen beansprucht. Die Antriebskräfte werden gleichmäßig über den Zug verteilt, ohne dass zusätzliche Antriebsausrüstungen verbaut werden müssen. Dies führt zu einem sicheren und zuverlässigen Betrieb bei gleichbleibenden Kosten. Der Tausch bzw. die Überarbeitung der Wagenübergangskupplungen kann gemäß Wartungsplan durchgeführt werden, und der Wartungsplan muss nicht wegen der unterschiedlich wirkenden Antriebskräfte auf eine höhere Wartungsfrequenz eingestellt werden. Dies führt zu einer weiteren Reduktion der Kosten.
[0014] Ein weiterer Vorteil ist, dass die Beeinflussung der Zug- und Bremskräfte durch eine Anpassung der Fahrweise an die Witterungsverhältnisse bei den Anordnungen gemäß hierin beschriebener Ausführungsformen nicht mehr in dem Maße notwendig ist, wie bei Triebzügen ohne die erfindungsgemäße Anordnung der Antriebe. Weiterhin erhält man wieder eine höhere Fahrplantreue bei Wetterverhältnissen, die beispielsweise im Herbst und Winter den Schlupf der Räder begünstigen.
[0015] Ein weiterer Vorteil ist die Putzwirkung der vorlaufenden Drehgestelle bezogen auf die Schienenlauffläche und die bessere Bogengängigkeit der nun leichteren, antriebslosen, vorlaufenden Drehgestelle, was zu einer Reduzierung des Radverschleißes führt. [0016] Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Triebzug mit einem drehgestellselektiven Antrieb ausgestattet, wobei die angetriebenen Drehgestelle des Triebzugs jeweils mit einem eigenen Antriebausgestattet sind. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung der Kräfte über die Kupplungen und gleichzeitig eine hohe Zugkraft durch je einen einzelnen Antrieb pro Drehgestell.
[0017] In einer Ausgestaltung der Erfindung, in der der Triebzug mit einem drehgestellselektiven Antrieb ausgestattet ist, ist jedem Antrieb eines Drehgestells jeweils ein Wechselrichter zugeordnet. Dies begünstigt eine gleichmäßige Gewichtsverteilung über den Triebzug, da die Wechselrichter entsprechend der Anzahl der Wechselrichter dimensioniert werden können und dann jedem angetriebenen Drehgestell zugeordnet werden können. Entsprechend kann jedem jedem Antrieb eines Drehgestells eine eigene Regelung zugeordnet werden.
[0018] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind jeweils zwei der angetriebenen Drehgestelle, die in Richtung entlang des Triebzuges benachbart vor und nach einer zwei Wagen verbindenenden Kupplung angeordnet sind, zu einer Antriebsgruppe zusammengefasst, wobei optional den zwei zu einer Antriebsgruppe zusammengefassten Drehgestellen ein gemeinsamer Wechselrichter zugeordnet ist. Diese Anordnung ermöglicht es, dass geringe Zugkräfte über die Kupplungen während des Betriebes, und insbesondere bei Betriebsverhältnissen, die zu Schlupf führen, übertragen werden. Auch bei Ausfall eines der Antriebe sind die über die Kupplungen zu übertragenden Kräfte noch in einem akzeptablen Rahmen, d.h. die Kupplungen werden nicht zu stark beansprucht.
[0019] In einer Ausführungsform des hierin beschriebenen Triebzuges umfasst der Triebzug drei Wagen. Bei einer Anordnung mit genau drei Wagen, wobei das erste und das letzte Drehgestell nicht angetrieben sind, ist die Kräfteverteilung über die Kupplungen gleichmäßig und daher besonders vorteilhaft.
[0020] Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfassen die Drehgestelle jeweils zwei Achsen und die angetriebenen Drehgestelle umfassen je zwei angetriebene Achsen. Durch diese Anordnung wird gewährleistet, dass die durch den Antrieb bereitgestellte Kraft gleichmäßig auf die Räder verteilt wird.
[0021] In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Triebzuges ist der Triebzug, insbesondere die Kupplungen des Triebzugs, derart ausgelegt, dass der Triebzug bei Ausfall eines Antriebes oder einer Antriebsgruppe weiterfahren kann. Durch die gleichmäßige Verteilung der Zugkräfte über die Kupplungen wird durch den Ausfall eines Antriebs oder einer Antriebsgruppe noch keine Situation herbeigeführt, die den Betrieb des Triebzuges vorzeitig beendet. Vielmehr kann der Triebzug seine Fahrt fortsetzen, und eine Reparatur zu einem geeigneten Zeitpunkt stattfinden, ohne dass ein größerer Schaden an den Kupplungen zu befürchten ist.
[0022] Die oben beschriebene Anordnung von Antrieben kann in jedem Schienenfahrzeug, vorzugsweise in Triebzügen ohne Jakobsdrehgestelle, mit mindestens zwei oder mit mindestens drei Wagen eingesetzt werden.
[0023] Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden.
Figuren
[0024] Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen ähnliche Teile.
[0025] Figuren la bis lf zeigen schematische Ansichten eines Triebzuges in verschiedenen Betriebszuständen gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
[0026] Figuren 2a bis 2c zeigen schematische Ansichten eines Triebzuges in verschiedenen Betriebszuständen gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
[0027] Figuren 3a bis 3c zeigen schematische Ansichten eines Triebzuges als Vergleichsbeispiel.
Ausführungsbeispiele
[0028] Nachfolgend wird eine Antriebsanordnung für einen Triebzug mit mindestens drei Wagen beschrieben. Die folgenden Beispiele beziehen sich alle der besseren Vergleichbarkeit wegen auf einen Triebzug mit genau drei Wagen. Der Fachmann wird jedoch verstehen, dass Ausführungsformen der Erfindung nicht darauf beschränkt sind. Wie im Folgenden erläutert wird, kann durch die erfindungsgemäße Anordnung eine gleichmäßige Kräfteverteilung an den und über die Kupplungen des Triebzuges sowohl während des Betriebes als auch während eines Ausfallszenarios realisiert werden.
[0029] Die folgende Beschreibung betrachtet dabei die Kräfteverteilung unterschiedlicher Antriebsanordnungen gemäß Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zu einem Vergleichsbeispiel. Insbesondere werden die Anordnungen im Hinblick auf die über die Wagenübergangskupplungen zu übertragenden Zugkräfte untersucht. Basis der Betrachtung ist ein Triebzug mit drei Wagen.
[0030] Aus Vereinfachungsgründen wird in der folgenden Beschreibung angenommen, dass alle Wagen des beschriebenen Triebzuges eine identische Masse m aufweisen. Es gilt somit ml = m2 = m3 = m . Weiterhin wird angenommen, dass die Wagenübergangskupplungen starr sind, also weder über Feder- noch Dämpfungselemente verfügen. Da es sich bei nicht starren Ankopplungen um Feder-Masse-Dämpfungssysteme handelt, kann es ggf. bei Resonanzfällen zu Kraftüberhöhungen in den Kupplungen kommen, was hier jedoch nicht weiter betrachtet werden soll.
[0031] Außerdem werden in der folgenden Betrachtung nur die Beträge der Kräfte betrachtet, da es an dieser Stelle uninteressant ist, ob es sich um Zug- oder Schubkräfte handelt. Ein Wert von 100% ergibt sich dabei genau dann, wenn alle Antriebsanlagen vorhanden und in Betrieb sind und keine äußeren Einflüsse wie z.B. Schlupf wirken. Dies ist das Bezugsmaß für alle Betrachtungen, um eine Vergleichbarkeit der Aussagen zu erhalten.
[0032] Figur la zeigt einem Triebzug 100 mit drei Wagen 110, 120 und 130. Die Massen der Wagen sind mit ml für den ersten Wagen 110, m2 für den zweiten Wagen 120 und m3 für den dritten Wagen 130 bezeichnet. Jeder Wagen weist zwei eigene, einzelne Drehgestelle (d.h. keine Jakobsdrehgestelle) auf. Der erste Wagen 110 weist Drehgestelle 111, 112, der zweite Wagen Drehgestelle 121, 122, und der dritte Wagen 130 Drehgestelle 131, 132 auf. Typischerweise umfasst jedes Drehgestell zwei Achsen. Beispielhaft sind in Figur la zwei Achse 135 und 136 des Drehgestells 132 eingezeichnet.
[0033] Gemäß Ausführungsformen der Erfindung weisen die Triebzüge ein erstes Drehgestell und ein letztes Drehgestell entlang des Triebzuges auf. In den Figuren la bis lf ist das erste Drehgestell das Drehgestell 111, und in den Figuren 2a bis 2c ist das erste Drehgestell das Drehgestell 211. Das letzte Drehgestell ist in den Figuren la bis lf mit Drehgestell 132 bezeichnet und in den Figuren 2a bis 2c ist das letzte Drehgestell mit Drehgestell 232 bezeichnet. Typischerweise sind in Ausführungsformen des hierin beschriebenen Triebzuges das erste und das letzte Drehgestell nicht angetrieben, während alle anderen, dazwischenliegenden Drehgestelle angetrieben sind. Allgemein sind in den Figuren angetriebene Drehgestelle mit schwarz ausgefüllten Kreisen eingezeichnet. Nicht angetriebene Drehgestelle sind mit weiß ausgefüllten Kreisen eingezeichnet.
[0034] In den Figuren la bis lf ist eine Anordnung gezeigt, in der der Triebzug 100 mit einem drehgestellselektiven Antrieb ausgestattet ist, das heißt, jedem angetriebenen Drehgestell in dem Triebzug ist eine Antriebseinheit zugeordnet, die zum Beispiel einen Motor und eine Steuereinheit umfassen kann. In einer Ausführungsform der Erfindung ist bei einem drehgestellselektiven Antrieb jedem angetriebenen Drehgestell auch ein eigener Wechselrichter zugeordnet.
[0035] In den Figuren la bis lf werden beide Drehgestelle des Mittelwagens 120 und das jeweils mittlere Drehgestell 112 und 131 der Endwagen 110 und 130 angetrieben. Im Folgenden werden mehrere Ausfallszenarien betrachtet, wobei der Ausfall von drei und mehr Antriebsdrehgestellen nicht betrachtet wird. Wie durch die Kraftpfeile zu sehen ist, übt das angetriebene Drehgestell 112 eine Kraft F aus, das angetriebene Drehgestell 121 eine Kraft F2i, das angetriebene Drehgestell 122 eine Kraft F22, und das angetriebene Drehgestell 131 eine Kraft F3i.
[0036] Figur la zeigt eine Situation des Triebwagens, in der alle Antriebe einsatzbereit sind. Sind alle Antriebe vorhanden, so stehen 100% des Antriebsmoments bzw. der Zugkraft, jeweils bezogen auf das Gesamtfahrzeug, zur Verfügung. Über die Wagenübergangskupplungen Ka und Kb ist jeweils eine Zugkraft von 8,33% der Gesamtzugkraft zu übertragen. Dies ergibt sich daraus, dass jedem Wagen 110, 120, 130 eine Zugkraft von 33,33% der Gesamtzugkraft zuzuordnen ist, die beiden äußeren Wagen (erster und dritter Wagen) 110 und 130 jedoch nur jeweils 25% der Gesamtzugkraft beitragen. Daher übertragen die Wagenübergangskupplungen Ka und Kb vom Mittelwagen (zweiter Wagen) 120 auf die beiden äußeren Wagen 110, 130 jeweils eine Zugkraft von 8,33%.
[0037] Figur lb zeigt die Situation, in der der Antrieb des Drehgestells 112 ausfällt, was mittels der durchgestrichenen Räder und des durchgestrichenen Kraftpfeils F dargestellt ist. Fällt der Antrieb des Drehgestells 112 aus, so wird der Wagen 110 nicht mehr angetrieben. Über die Wagenübergangskupplung Ka sind 25% des ursprünglichen Antriebsmoments bzw. der Gesamtzugkraft zu übertragen, über Wagenübergangskupplung Kb erfolgt keine Zugkraftübertragung. Denn es stehen jetzt nur noch 75% der Gesamtzugkraft zur Verfügung, die gleichmäßig auf die drei Wagen 110, 120, 130 verteilt werden muss.
[0038] Figur lc zeigt eine Situation, in der der Antrieb des Drehgestells 131 ausfällt, was durch durchgestrichene Räder und den durchgestrichenen Kraftpfeil F3i dargestellt ist. Fällt der Antrieb des Drehgestells 131 aus, so wird Wagen 130 nicht mehr angetrieben. Über die Wagenübergangskupplung Kb sind 25% des ursprünglichen Antriebsmoments bzw. der Zugkraft zu übertragen, über Wagenübergangskupplung Ka erfolgt keine Zugkraftübertragung.
[0039] Figur ld zeigt eine Situation, in der entweder der Antrieb des Drehgestells 121 oder des Drehgestells 122 ausfällt, was durch durchgestrichene Räder und den durchgestrichenen Kraftpfeil F2i, bzw. den punktiert durchgestrichenen Kraftpfeil F22 dargestellt ist. Fällt der Antrieb der Drehgestelle 121 oder 122 aus, d.h. es fällt nur ein Drehgestell aus, so werden über die Wagenübergangskupplungen Ka und Kb keine Zugkräfte übertragen. Denn in diesem Fall sind pro Wagen 110, 120, 130 ein angetriebenes Drehgestell vorhanden.
[0040] In Figur le ist dann die Situation gezeigt, bei der beide Antriebe der Drehgestelle 121 und 122 ausfallen, was durch durchgestrichene Räder und die durchgestrichenen Kraftpfeile F2i und F22 dargestellt ist. Fallen die Antriebe der Drehgestelle 121 und 122 aus, so wird über die Wagenübergangskupplungen Ka und Kb eine Zugkraft von jeweils 8,33% übertragen. Denn nun stehen nur noch 50% der ursprünglichen Zugkraft zur Verfügung, die auf die drei Wagen 110, 120, 130 gleichmäßig verteilt werden. Jedem Wagen 110, 120, 130 stehen damit nur noch 16,66% der ursprüngliche Zugkraft zur Verfügung, sodass die beiden Kupplungen Ka und Kb eine Zugkraft von 8,33%, bezogen auf die ursprüngliche Antriebsleistung, übertragen müssen.
[0041] In Figur lf ist die Situation gezeigt, bei der beide Antriebe der Drehgestelle 112 und 131 ausfallen, was durch durchgestrichene Räder und die durchgestrichenen Kraftpfeile F und F3i dargestellt ist. Fallen die Antriebe der Drehgestelle 110 und 130 aus, so wird über die Wagenübergangskupplungen Ka und Kb eine Zugkraft von jeweils 16,67%, bezogen auf die ursprüngliche Antriebsleistung, übertragen.
[0042] Daraus folgt, dass bei der Anordnung gemäß Ausführungsformen der Erfindung, die einen drehgestellselektiven Antrieb bereitstellt, über die Wagenübergangskupplungen maximal 25% Zugkraft, bezogen auf die ursprüngliche Antriebsleistung, übertragen werden. Dies entspricht einer ausreichend gleichmäßigen Kraftverteilung über die Kupplungen, wie man im Folgenden sehen wird.
[0043] Die Figuren 2a bis 2c zeigen einen Triebzug 200, bei dem beide Drehgestelle 221 und 222 des Mittel wage ns 220 und das jeweils mittlere Drehgestell 212 und 231 der Endwagen 210 und 230, d.h. das am gekuppelten Ende befindliche Drehgestell, angetrieben werden. Die Antriebe von jeweils zwei benachbarten Drehgestellen sind zu einer Antriebsgruppe zusammengefasst. So sind beispielsweise die Drehgestelle 212 und 221 zu einer Gruppe zusammengefasst, d.h. eine Antriebsgruppe erstreckt sich über eine Wagenübergangskupplung. Eine Antriebsgruppe kann zum Beispiel eine einzelne Steuereinheit aufweisen. In einer Ausführungsform können die Motoren einer Antriebsgruppe parallel an einem Wechselrichter betrieben werden.
[0044] Figur 2a zeigt eine Situation des Triebwagens, in der alle Antriebe einsatzbereit sind. Sind alle Antriebe im Betrieb, so stehen 100% des Antriebsmoments bzw. der Zugkraft, jeweils bezogen auf das Gesamtfahrzeug, zur Verfügung. Über die Wagenübergangskupplungen Ka und Kb ist jeweils eine Zugkraft von 8,33% zu übertragen.
[0045] Figur 2b zeigt ein Beispiel, in dem der Antrieb für die Drehgestelle 212 und 221 ausfällt, was durch durchgestrichene Räder und die durchgestrichenen Kraftpfeile Fi2 und F2i dargestellt ist. Fällt dieser erste Gruppenantrieb aus, der die beiden Drehgestelle 212 und 221 antreibt, so wird Wagen 210 nicht angetrieben. Über die Wagenübergangskupplung Ka sind 16,67% des Antriebsmoments zu übertragen. Über die Wagenübergangskupplung Kb werden 8,33% des Antriebsmoments übertragen. Dies ergibt sich daraus, dass nun nur noch 50% der ursprünglichen Gesamtzugkraft zur Verfügung stehen, die auf jeden Wagen gleichmäßig verteilt werden müssen.
[0046] Figur 2c zeigt ein Beispiel, in dem die Antriebsgruppe für die Drehgestelle 222 und 231 ausfällt, was durch durchgestrichene Räder und die durchgestrichenen Kraftpfeile F22 und F3i dargestellt ist. Fällt die Antriebsanlage aus, die beide Drehgestelle 222 und 231 antreibt, so kehren sich die Kraftverhältnisse gegenüber dem mit Bezug auf Figur 2b erläuterten Ausfall der Antriebsanlage um, die die Drehgestelle 212 und 221 antreibt.
[0047] Daraus folgt, dass bei der Anordnung gemäß Ausführungsformen der Erfindung, die einen Gruppenantrieb für jeweils zwei zu einer gemeinsamen Wagenübergangskupplung unmittelbar benachbarte Drehgestelle bereitstellt, über die Wagenübergangskupplungen maximal 25% Zugkraft, bezogen auf die ursprüngliche Gesamtzugkraft, bei Ausfall eines Gruppenantriebs übertragen werden. Auch dies entspricht einer ausreichend gleichmäßigen Verteilung der Kräfte auf die Kupplungen, wie im folgenden Vergleich mit einem Vergleichsbeispiel gezeigt wird.
[0048] Das Vergleichsbeispiel zur Verdeutlichung des Effekts, der durch Ausführungsformen der Erfindung erzielt werden kann, ist in den Figuren 3a bis 3c gezeigt. In dem Vergleichsbeispiel der Figuren 3a bis 3c sind beide Drehgestelle 311, 312 und 331, 332 eines jeden Endwagens 310 und 330 angetrieben. Die Antriebe sind als Gruppenantrieb geschaltet, d.h. jeweils zwei benachbarte Drehgestelle sind in einer Antriebsgruppe zusammengefasst. Es werden also jeweils Motoren eines Endwagens parallel an einem Wechselrichter betrieben. Zum Beispiel werden in dem Vergleichsbeispiel der Figuren 3a bis 3c die Drehgestelle 311, 312 und die Drehgestelle 331, 332 zu einer Antriebsgruppe zusammengefasst.
[0049] Figur 3a zeigt das Vergleichsbeispiel, wenn alle Antriebe betriebsbereit sind. Die Antriebsanlagen eines jeden Endwagens müssen 50% der Gesamtzugkraft zur Verfügung stellen. Da alle Wagen über eine identische Masse verfügen, benötigt jeder Wagen eine fiktive identische Zugkraft, die sich zu 33,33% der Gesamtzugkraft ergibt. Somit müssen die Wagenübergangskupplungen Ka und Kb jeweils eine Zugkraft von 16,67% übertragen.
[0050] In Figur 3b des Vergleichsbeispiels ist eine Situation gezeigt, in der der Antrieb der Drehgestelle 311 und 312 ausfällt. Entfällt damit der Antrieb des Endwagens 310 (z.B. wegen Ausfall eines Antriebs, oder Schlupf), so muss der angetriebene Wagen 330 das gesamte Antriebsmoment des Fahrzeugs zur Verfügung stellen. Dieses beträgt nur noch 50% des ursprünglichen Antriebsmoments bezogen auf das Gesamtfahrzeug. Jeder Wagen benötigt wieder ein Drittel des zur Verfügung stehenden Antriebsmoments bzw. der zur Verfügung stehenden Zugkraft. Somit entfällt auf die Wagen 310 bis 330 eine fiktive Zugkraft von jeweils 16,67% bezogen auf ein Fahrzeug, dem die volle Antriebsleistung zur Verfügung steht. Die Wagenübergangskupplung Ka muss eine Zugkraft von 16,67% übertragen, was dem Normalbetrieb entspricht. Auf die Wagenübergangskupplung Kb entfällt eine Kraft von 33,33%.
[0051] In Figur 3c des Vergleichsbeispiels ist eine Situation gezeigt, in der der Antrieb der Drehgestelle 331 und 332 ausfällt. Bei einem Ausfall des Antriebs im Endwagen 330 kehren sich die Verhältnisse im Vergleich zur in Figur 3b beschriebenen Situation um; die Kräfte, die dann auf Kupplung Ka einwirken, betragen 33,33%. Die Kräfte, die auf die Wagenübergangskupplung Kb einwirken, betragen 16,67%.
[0052] Im Vergleich lässt sich daher sagen, dass bei der Anordnung der Antriebsanlagen in den Endwagen als Gruppenantrieb - wie im Vergleichsbeispiel der Figuren 3a bis 3c - bei Ausfall einer Antriebsanlage über die Wagenübergangskupplung bis zu 33% der Zugkraft übertragen werden müssen. Ein Gruppenantrieb, aufgeteilt auf alle Wagen des Zuges - wie in der Ausführungsform der Figuren 2a bis 2c - stellt gegenüber dem Vergleichsbeispiel eine sehr viel günstigere Lösung dar. Im schlechtesten Fall gehen die über die Wagenübergangskupplung zu übertragenden Kräfte auf 16,67% zurück. Dies entspricht einer Reduktion der Kräfte um 50% gegenüber dem Vergleichsbeispiel.
[0053] Bei drehgestellselektivem Antrieb, aufgeteilt auf alle Wagen des Zuges - wie in der Ausführungsform der Figuren la bis lf - werden über die Wagenübergangskupplungen maximal 25% Zugkraft übertragen. Dies ist gegenüber dem Vergleichsbeispiel eine Verbesserung. In diesem Fall steht außerdem dem Fahrzeug eine höhere Zugkraft zur Verfügung.
[0054] Außerdem bietet die Ausführungsform der Figuren la bis lf den Vorteil, dass in einer Ausfallsituation nur ein Drehgestell ausfällt (und nicht, wie in der Ausführungsform der Figuren 2a bis 2c eine ganze Antriebsgruppe), womit eine exaktere Regelung möglich ist. Generell lässt sich bei beiden hierin beispielhaft dargestellten Ausführungsformen sagen, dass ein Antrieb links und rechts der Kupplung (oder vor und nach der Kupplung in einer Richtung entlang des Triebzuges) die Belastung der Kupplungen verringern lässt. Zum Beispiel ist in einer Situation, in der Schlupf auftritt, was einem Momentenabriss entspricht, die plötzliche Belastung für die Kupplungen kleiner, wie oben erläutert.
[0055] Zu beachten ist dabei, dass bei einem Schlupf, beispielsweise des führenden Rades eines Drehgestells, typischerweise die gesamte Antriebsgruppe abgeregelt wird. Im Fall eines Gruppenantriebs gemäß den Figuren 2a bis 2c führt dies immer zum kurzzeitigen (kontrollierten) Ausfall eines der beiden Gruppenantriebe und daher zu schwankenden Belastungen der Wagenübergangskupplungen, wie vorstehend dargelegt. Bei einem drehgestellselektiven Antrieb sind die Schwankungen bei Abregelung nur eines Drehgestells dagegen deutlich geringer.
[0056] Wenngleich hierin spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die gezeigten Ausführungsformen geeignet zu modifizieren, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die nachfolgenden Ansprüche stellen einen ersten, nicht bindenden Versuch dar, die Erfindung allgemein zu definieren.
Bezugszeichenliste
100 Triebzug
110 erster Wagen
111 Drehgestell
112 Drehgestell
120 zweiter Wagen
121 Drehgestell
122 Drehgestell
130 dritter Wagen
131 Drehgestell
132 Drehgestell
135 Achse
136 Achse
200 Triebzug
210 erster Wagen
211 Drehgestell
212 Drehgestell
220 zweiter Wagen
221 Drehgestell
222 Drehgestell
230 dritter Wagen
231 Drehgestell
232 Drehgestell
300 Triebzug
310 erster Wagen
311 Drehgestell
312 Drehgestell
320 zweiter Wagen
321 Drehgestell
322 Drehgestell
330 dritter Wagen
331 Drehgestell
332 Drehgestell

Claims

Ansprüche
1. Triebzug (100; 200) mit mindestens zwei mittels Kupplungen verbundenen Wagen (110,120, 130; 210,220, 230), die jeweils zwei eigene Drehgestelle (111, 112; 121, 122; 131, 132; 211, 212; 221, 222; 231, 232) aufweisen, wobei der Triebzug in Richtung entlang des Triebzuges ein erstes Drehgestell (111; 211) und ein letztes Drehgestell (132; 232) umfasst, wobei alle Drehgestelle des Triebzugs mit Ausnahme des ersten Drehgestells (111; 211) und des letzten Drehgestells (132; 232) angetrieben sind.
2. Triebzug nach Anspruch 1, wobei die angetriebenen Drehgestelle (112; 121, 122; 131;
212; 221, 222; 231) des Triebzugs (100; 200) drehgestellselektiv angetrieben sind.
3. Triebzug nach Anspruch 2, wobei jedem Antrieb eines angetriebenen Drehgestells (112; 121, 122; 131; 212; 221, 222; 231) jeweils ein Wechselrichter zugeordnet ist.
4. Triebzug nach Anspruch 1, wobei jeweils zwei der angetriebenen Drehgestelle (112, 121; 122, 131; 212, 221; 222, 231), die in Richtung entlang des Triebzuges benachbart vor und nach einer zwei Wagen (110; 120; 130; 210; 220; 230) verbindenenden Kupplung angeordnet sind, zu einer Antriebsgruppe zusammengefasst sind.
5. Triebzug nach Anspruch 4, wobei den zwei zu einer Antriebsgruppe
zusammengefassten Drehgestellen ein Wechselrichter zugeordnet ist.
6. Triebzug nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Triebzug (100; 200) drei Wagen (110, 120, 130; 210, 220, 230) umfasst.
7. Triebzug nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Drehgestelle (111, 112; 121, 122; 131, 132; 211, 212; 221, 222; 231, 232;) jeweils zwei Achsen umfassen und wobei die angetriebenen Drehgestelle (112; 121; 122; 131; 212; 221, 222; 231) zwei angetriebene Achsen umfassen.
Triebzug nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei der Triebzug (100; 200) derart ausgelegt ist, dass der Triebzug bei Ausfall eines Antriebes oder einer Antriebsgru weiterfahren kann.
Triebzug nach Anspruch 8, wobei die Kupplungen des Triebzugs derart ausgelegt sind, dass der Triebzug bei Ausfall eines Antriebes oder einer Antriebsgruppe weiterfahren
10. Triebzug nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Triebzug (100; 200) mindestens drei mittels Kupplungen verbundene Wagen (110,120, 130; 210,220, 230) umfasst.
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