EP4019362A1 - Schienenfahrzeug und verfahren zum betreiben des schienenfahrzeugs - Google Patents

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EP4019362A1
EP4019362A1 EP21214351.5A EP21214351A EP4019362A1 EP 4019362 A1 EP4019362 A1 EP 4019362A1 EP 21214351 A EP21214351 A EP 21214351A EP 4019362 A1 EP4019362 A1 EP 4019362A1
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EP
European Patent Office
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internal combustion
combustion engine
rail vehicle
distributor gear
pump
Prior art date
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EP21214351.5A
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English (en)
French (fr)
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EP4019362B1 (de
EP4019362C0 (de
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Christoph Kaiser
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Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
Original Assignee
Plasser und Theurer Export Von Bahnbaumaschinen GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C5/00—Locomotives or motor railcars with IC engines or gas turbines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C9/00—Locomotives or motor railcars characterised by the type of transmission system used; Transmission systems specially adapted for locomotives or motor railcars
    • B61C9/08—Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with IC reciprocating piston engines
    • B61C9/14—Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with IC reciprocating piston engines hydraulic, including combinations with mechanical gearing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D15/00—Other railway vehicles, e.g. scaffold cars; Adaptations of vehicles for use on railways
    • B61D15/02—Breakdown cranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C23/00—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes
    • B66C23/18—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes specially adapted for use in particular purposes
    • B66C23/36—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes specially adapted for use in particular purposes mounted on road or rail vehicles; Manually-movable jib-cranes for use in workshops; Floating cranes
    • B66C23/50—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes specially adapted for use in particular purposes mounted on road or rail vehicles; Manually-movable jib-cranes for use in workshops; Floating cranes mounted on railway vehicles, e.g. breakdown cranes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B29/00—Laying, rebuilding, or taking-up tracks; Tools or machines therefor
    • E01B29/06—Transporting, laying, removing or renewing sleepers

Definitions

  • the invention relates to a rail vehicle with a vehicle frame supported on rail undercarriages and with a hydraulic drive system that includes a hydraulic pump and a hydraulic motor assigned to a rail undercarriage, the hydraulic pump being coupled to an internal combustion engine via a pump transfer gearbox.
  • the invention relates to a method for operating the rail vehicle.
  • rail vehicles that are suitable for different types of work are often used for construction and maintenance work on a track system.
  • Such rail vehicles are referred to, for example, as superstructure wagons, tunnel inspection vehicles, motor tower wagons or motor platform wagons.
  • a crane with a work basket, a working platform and other equipment are usually available.
  • a rail vehicle has its own traction drive for transfer journeys and for work journeys.
  • a motor tower car in which the travel drive and various working drives are supplied with energy via a central power source and a hydraulic unit.
  • a working platform that can be adjusted relative to a vehicle frame is arranged as the working device.
  • EP 0 732 450 A1 describes a superstructure or motor tower wagon with a loading crane and a travel drive, in which each rail chassis has its own manual transmission and a hydraulic motor.
  • a motor is provided for the energy supply, which drives several hydraulic pumps via a pump distributor gear.
  • the WO 2017/220182 A1 describes a rail vehicle with an internal combustion engine that drives hydraulic pumps via a pump distributor gear that supply a hydrostatic travel drive and hydraulic working drives.
  • a hydrodynamic travel drive is connected to the pump distributor gear. When the hydrodynamic drive is active, the hydrostatic drive is switched on to temporarily provide more traction.
  • the internal combustion engine must be designed for the corresponding power output.
  • the invention is based on the object of improving a rail vehicle of the type mentioned at the outset in such a way that different work assignments can be carried out with an internal combustion engine operated in an optimized manner. It is also an object of the invention to specify a corresponding method.
  • the pump distributor gear is coupled to a further internal combustion engine, with a common control device being set up to regulate both internal combustion engines.
  • a common control device being set up to regulate both internal combustion engines.
  • Each of the two combustion engines can be operated optimally according to its consumption map. When the power requirement is low, only one of the two combustion engines is active.
  • the inventive combination of two internal combustion engines with a hydraulic system via a common transfer case has a high overall efficiency. This advantage exists in particular compared to two combined hydraulic circuits, each of which has its own pump distributor gear with an associated internal combustion engine as the power source.
  • Such a double design with two pump distributor gears is easier to control, however, the number of hydraulic components and the wiring complexity are higher than in the present solution.
  • the rated output of one internal combustion engine is higher, in particular at least twice as high, than the rated output of the other internal combustion engine.
  • An internal combustion engine is used in particular as a traction motor for transfer journeys.
  • the other internal combustion engine is used in particular as a work engine on construction sites and is switched on during transfer journeys in order to provide greater traction. Due to the different rated output of the two combustion engines, the power output can be scaled in several stages with optimum fuel consumption.
  • a further improvement provides that an additional hydraulic pump for supplying hydraulic working drives is connected to the pump distributor gear. In this way, a separate hydraulic circuit is available for implements.
  • a generator for supplying electrical consumers is also connected to the pump distributor gear.
  • the efficiency of the overall system is further increased.
  • an on-board network of the rail vehicle and various units are supplied by means of the generator.
  • each internal combustion engine is assigned a speed sensor, with the respective speed sensor being connected to the control device. This makes it possible to regulate the speed of the two internal combustion engines in a simple manner.
  • At least one internal combustion engine is coupled to a torque sensor, with the corresponding internal combustion engine being torque-controlled.
  • speed control of one internal combustion engine can be combined with torque control of the other internal combustion engine.
  • each internal combustion engine is coupled to the pump transfer case via a clutch, with the clutch being in particular a clutch. That's the way every internal combustion engine is switchable.
  • the respective clutch is designed as an overrunning clutch (freewheel).
  • the respective clutch is integrated in the pump distributor gear or connected directly to the pump distributor gear.
  • the respective internal combustion engine can be switched off together with a cardan shaft.
  • the plain bearings of the crankshaft are not lubricated. Switching off together with the cardan shaft prevents vibrations from being transmitted to the non-lubricated crankshaft and reducing its service life. Such vibrations could occur if the cardan shaft continued to run.
  • a further improvement provides that a cardan shaft is connected to each combustion engine via a primary clutch.
  • the transfer of vibrations from the associated internal combustion engine to the pump distributor gear is avoided by the respective primary clutch. This increases the service life of the entire device.
  • An internal combustion engine is advantageously coupled to the pump distributor gear via a reversing gear. With this arrangement, internal combustion engines with the same direction of rotation can be connected to opposite sides of the pump distributor gear. This simplifies the structural implementation and reduces the space required within the rail vehicle.
  • the reversing gear is connected directly to the pump distributor gear. This eliminates the need to provide another cardan shaft between the pump distributor gear and reversing gear.
  • an improvement provides that a reversing stage is integrated in the pump distributor gear.
  • the method according to the invention for operating the rail vehicle described provides that the respective internal combustion engine is activated as a function of a specified setpoint power for power output and is regulated by means of the control device.
  • the respective Engine started to enable power output and ramped up or ramped up from an idle mode.
  • An available power range for optimal operation with low fuel consumption is stored for each combustion engine. If the specified target power falls within the available power range of one of the two internal combustion engines, only the corresponding internal combustion engine is activated. If the respective available power range is below the specified target power, both combustion engines are activated to deliver power.
  • An algorithm for the automated implementation of these activation steps is advantageously set up in the common control device. For this purpose, the control device is supplied with the currently specified setpoint power as an input variable.
  • both internal combustion engines are controlled in a coordinated manner by means of the control device when power is output together. This ensures that the power output of the two combustion engines to the hydraulic drive system is balanced via the pump distributor gear.
  • either both internal combustion engines are speed-controlled or one internal combustion engine is speed-controlled and the other internal combustion engine is torque-controlled.
  • the operation of the two internal combustion engines is coordinated with one another so that the power components delivered by the two internal combustion engines add up in the pump distributor gear.
  • the rail vehicle 1 in 1 comprises a vehicle frame 2, which can be moved on rail chassis 3 on a track 4.
  • a crane 5 and a sleeper changing device 6 are arranged as working devices on the vehicle frame 2 .
  • These working devices 5, 6 can be adjusted by means of electric or hydraulic working drives 7.
  • a first internal combustion engine 9 is arranged in a machine room 8 above the vehicle frame 2 .
  • a smaller internal combustion engine 10 is installed below the vehicle frame 2 (underfloor). In this way, the available installation space is used optimally, with sufficient space remaining for the implements 5, 6 and for a loading area 11.
  • the rated power (e.g. 505kW) of the larger internal combustion engine 9 is more than twice the rated power (e.g. 190kW) of the smaller internal combustion engine 10. This means that overall there is sufficient drive power available to move the rail vehicle 1 even with heavy loads on the loading area 11 driving on steep inclines.
  • both internal combustion engines 9 , 10 are coupled via a pump distributor gear 12 .
  • Hydraulic pumps 13 are connected to the pump distributor gear 12 . These hydraulic pumps 13 are elements of a hydraulic drive system. At least one hydraulic motor 14 is preferably assigned to each rail carriage 3 as a travel drive. Other hydraulic pumps 15, 16 connected to the pump distributor gear 12 supply hydraulic working drives 7 and serve as circulation pumps for cooling circuits.
  • a common control device 17 is set up to regulate the two internal combustion engines 9 , 10 .
  • FIG. 2 shows an exemplary drive variant in which three axles 18 of the two rail carriages 3 are driven by means of hydrostatic motors 14 .
  • all four axles 18 are driven.
  • a transmission gear 19 is arranged between the respective hydraulic motor 14 and the associated axle 18 .
  • the hydraulic motors 14 are connected to the hydraulic pumps 13 via hydraulic lines 20 .
  • each hydraulic motor 14 is assigned its own hydraulic pump 13 .
  • These hydraulic pumps 13 are preferably hydrostatic variable displacement pumps. In this way, a separate output power can be set for each axle 18 .
  • traction control can also be implemented.
  • the hydraulic pump 16 for the cooling circuits is preferably a fixed displacement pump. It is designed, for example, as a triple pump for an oil cooler and for a coolant cooler 21 and an intercooler 22 of the larger internal combustion engine 9 .
  • the coolers 21, 22 are installed as flat coolers below the vehicle frame 2 to save space.
  • the smaller internal combustion engine 10 has its own cooler with a fan. All components are arranged below the vehicle frame 2 in order to create space for the loading area 11 .
  • a generator 23 is connected to the pump distributor gear 12 .
  • electrical energy is provided for an on-board network 24 and for the supply of electrical units.
  • a compressor and an air conditioner are operated electrically.
  • a clutch 25 is connected to the larger internal combustion engine 9 for activation.
  • a clutch is preferably provided.
  • an overrunning clutch is arranged.
  • a cardan shaft 26 connects the clutch 25 to the pump distributor gear 12.
  • a clutch 25 is also connected to the smaller internal combustion engine 10 for activation.
  • a reversing gear 27 is arranged to adjust the direction of rotation. This reversing gear 27 is connected on the one hand via a first cardan shaft 26 to the clutch 25 and on the other hand via a second cardan shaft 26 to the pump distributor gear 12 .
  • Both internal combustion engines 9, 10 are controlled by means of the common control device 17.
  • everyone Internal combustion engine 9, 10 assigned its own engine control.
  • the motor controls can also be integrated in the common control device 17 . All switchable clutches 25 are also activated with the control device 17 .
  • a setpoint power is specified for the control device 17 .
  • setpoint power values for various operating scenarios are stored in a stored table, or an operator specifies the current setpoint power via an operating device.
  • the current setpoint power is determined in real time and reported to the control device 17 .
  • Appropriate sensors and a computing unit are provided for this purpose.
  • the two internal combustion engines 9, 10 are then activated as a function of the specified target output. Activation takes place by starting or running up the relevant internal combustion engine 9, 10 and, if necessary, by actuating the associated switchable clutch 25.
  • the setpoint power will be within an optimal power range of the larger internal combustion engine 9 .
  • This motor 9 is therefore primarily used as a traction motor.
  • the target power is usually lower, so that the small internal combustion engine 10 is sufficient as a work engine.
  • a higher reference power is required to climb inclines and move heavy loads. In this case, both internal combustion engines 9, 10 are activated to output power.
  • each internal combustion engine 9, 10 is assigned a speed sensor 28.
  • the speeds currently detected are fed to the common control device 17 .
  • the two internal combustion engines 9, 10 can be speed-controlled in a way that is coordinated with one another.
  • a master-slave controller is advantageously set up, which controls one of the two internal combustion engines 9, 10 as the leading unit.
  • a torque sensor 29 is assigned to one of the internal combustion engines 9, 10 for a further control variant. This sensor 29 detects the date corresponding engine 10 transmitted to the pump transfer case 12 torque. The current value is in turn fed to the control device 17 .
  • one internal combustion engine 9 is speed-controlled and the other internal combustion engine 10 is torque-controlled. Both control variants ensure that the power output of one internal combustion engine 9 and the power output of the other internal combustion engine 10 in the pump distributor gear 12 add up.
  • reversing gear 27 is connected directly to the pump distribution gear 12 .
  • the pump distribution gear 12 and the reversing gear 27 form an integrated unit.
  • the omission of the articulated shaft 26 between the reversing gear 27 and the pump distributor gear 12 reduces the maintenance effort and increases the overall efficiency.
  • the clutches 25 for activating the respective internal combustion engine 9 , 10 are integrated in the pump distributor gear 12 .
  • an inactive internal combustion engine 9, 10 is activated together with the associated articulated shaft 26 from the pump distributor gear 12 (torque transmission is interrupted). This also prevents any transmission of vibration from the pump distributor gear 12 to the stationary internal combustion engine 9, 10.
  • a highly flexible primary clutch 30 is arranged between each internal combustion engine 9, 10 and the associated articulated shaft 26. This dampens 9, 10 vibrations when the internal combustion engine is active. This increases the service life of the affected system components 12, 25, 26.
  • a reversing stage 31 is integrated in the pump distributor gear 12 in order to adapt the directions of rotation.
  • the invention also includes other combinations not shown in the Figures 2 to 4 shown components for the transmission of the drive power.
  • a clutch 25 on one of the internal combustion engines 9, 10 and the other clutch 25 on Pump transfer gear 12 be connected.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
  • Auxiliary Drives, Propulsion Controls, And Safety Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug (1) mit einem auf Schienenfahrwerken (3) abgestützten Fahrzeugrahmen (2) und mit einem hydraulischen Antriebssystem, das eine Hydraulikpumpe (13) und einen einem Schienenfahrwerk (3) zugeordneten Hydraulikmotor (14) umfasst, wobei die Hydraulikpumpe (13) über ein Pumpenverteilgetriebe (12) mit einem Verbrennungsmotor (9) gekoppelt ist. Dabei ist das Pumpenverteilgetriebe (12) mit einem weiteren Verbrennungsmotor (10) gekoppelt, wobei eine gemeinsame Steuerungseinrichtung (17) zur Regelung beider Verbrennungsmotoren (9, 10) eingerichtet ist. Auf diese Weise erfolgt eine optimierte Anpassung der dem hydraulischen Antriebssystem über das Pumpenverteilgetriebe (12) bereitgestellten Antriebsleistung.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit einem auf Schienenfahrwerken abgestützten Fahrzeugrahmen und mit einem hydraulischen Antriebssystem, das eine Hydraulikpumpe und einen einem Schienenfahrwerk zugeordneten Hydraulikmotor umfasst, wobei die Hydraulikpumpe über ein Pumpenverteilgetriebe mit einem Verbrennungsmotor gekoppelt ist. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben des Schienenfahrzeugs.
    • Stand der Technik
  • Für Bau- und Instandhaltungsarbeiten einer Gleisanlage kommen neben Spezialmaschinen oftmals Schienenfahrzeuge zum Einsatz, die für unterschiedliche Arbeiten geeignet sind. Bezeichnet werden solche Schienenfahrzeuge beispielsweise als Oberbauwagen, Tunnelinspektionsfahrzeug, Motorturmwagen oder Motorbühnenwagen.
  • Für Inspektions- oder Montagearbeiten an Masten, Oberleitungen, Brücken oder Tunnelwänden stehen zumeist ein Kran mit Arbeitskorb, eine Hubarbeitsbühne und sonstige Arbeitsgeräte zur Verfügung. In der Regel umfasst ein solches Schienenfahrzeug einen eigenen Fahrantrieb für Überstellungsfahrten und für Arbeitsfahrten.
  • Aus AT 500 429 A1 ist ein Motorturmwagen bekannt, bei dem der Fahrantrieb und diverse Arbeitsantriebe über eine zentrale Kraftquelle und ein Hydraulikaggregat mit Energie versorgt werden. Als Arbeitsgerät ist eine gegenüber einem Fahrzeugrahmen verstellbare Arbeitsbühne angeordnet.
  • EP 0 732 450 A1 beschreibt einen Oberbau- bzw. Motorturmwagen mit einem Ladekran und einem Fahrantrieb, bei dem jedem Schienenfahrwerk ein eigenes Schaltgetriebe und ein Hydromotor zugeordnet sind. Zur Energieversorgung ist ein Motor vorgesehen, der über ein Pumpenverteilgetriebe mehrere Hydropumpen antreibt.
  • Die WO 2017/220182 A1 beschreibt ein Schienenfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, der über ein Pumpenverteilgetriebe Hydraulikpumpen antreibt, die einen hydrostatischen Fahrantrieb und hydraulische Arbeitsantriebe versorgen. Zudem ist an das Pumpenverteilgetriebe ein hydrodynamischer Fahrantrieb angeschlossen. Bei aktivem hydrodynamischen Fahrantrieb wird der hydrostatische Fahrantrieb zugeschaltet, um vorübergehend eine höhere Traktionsleistung bereitzustellen. Der Verbrennungsmotor muss dabei für die entsprechende Leistungsabgabe ausgelegt sein.
    • Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schienenfahrzeug der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass unterschiedliche Arbeitseinsätze mit einem optimiert betriebenen Verbrennungsmotor durchführbar sind. Weiter ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Verfahren anzugeben.
  • Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 13. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.
  • Dabei ist das Pumpenverteilgetriebe mit einem weiteren Verbrennungsmotor gekoppelt, wobei eine gemeinsame Steuerungseinrichtung zur Regelung beider Verbrennungsmotoren eingerichtet ist. Auf diese Weise erfolgt eine optimierte Anpassung der dem hydraulischen Antriebssystem über das Pumpenverteilgetriebe bereitgestellten Antriebsleistung. Jeder der beiden Verbrennungsmotoren ist entsprechend seinem Verbrauchskennfeld optimal betreibbar. Bei geringem Leistungsbedarf ist nur einer der beiden Verbrennungsmotoren aktiv. Die erfindungsgemäße Kombination zweier Verbrennungsmotoren mit einem Hydrauliksystem über ein gemeinsames Verteilgetriebe hat einen hohen Gesamtwirkungsgrad. Dieser Vorteil besteht insbesondere gegenüber zwei zusammengeführten Hydraulikkreisen, die jeweils ein eigenes Pumpenverteilgetriebe mit einem zugeordneten Verbrennungsmotor als Kraftquelle umfassen. Eine solche doppelte Ausführung mit zwei Pumpenverteilgetrieben ist zwar einfacher zu regeln, jedoch sind die Anzahl der Hydraulikkomponenten und der Verschaltungsaufwand höher als bei der vorliegenden Lösung.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Nennleistung des einen Verbrennungsmotors höher, insbesondere zumindest doppelt so hoch als die Nennleistung des anderen Verbrennungsmotors. Ein Verbrennungsmotor dient dabei insbesondere als Fahrmotor für Überstellfahrten. Der andere Verbrennungsmotor dient insbesondere als Arbeitsmotor auf Baustellen und wird bei Überstellfahrten zugeschaltet, um eine höhere Traktionsleistung bereitzustellen. Durch die unterschiedliche Nennleistung der beiden Verbrennungsmotoren ist die Leistungsabgabe bei optimalem Kraftstoffverbrauch in mehreren Abstufungen skalierbare.
  • Eine weitere Verbesserung sieht vor, dass an das Pumpenverteilgetriebe eine weitere Hydraulikpumpe zur Versorgung von hydraulischen Arbeitsantrieben angeschlossen ist. Auf diese Weise steht ein eigener Hydraulikkreis für Arbeitsgeräte zur Verfügung.
  • Vorteilhafterweise ist an dem Pumpenverteilgetriebe auch ein Generator zur Versorgung elektrischer Verbraucher angeschlossen. Mit dieser zusätzlichen Funktion des Pumpenverteilgetriebes wird die Effizienz des Gesamtsystems weiter gesteigert. Beispielsweise werden mittels des Generators ein Bordnetz des Schienenfahrzeugs und diverse Aggregate versorgt.
  • In einer weiteren Ausprägung der Erfindung ist jedem Verbrennungsmotor ein Drehzahlsensor zugeordnet, wobei der jeweilige Drehzahlsensor mit der Steuerungseinrichtung verbunden ist. Damit besteht auf einfache Weise die Möglichkeit zu einer Drehzahlregelung der beiden Verbrennungsmotoren.
  • Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn zumindest ein Verbrennungsmotor mit einem Drehmomentsensor gekoppelt ist, wobei der entsprechende Verbrennungsmotor drehmomentgeregelt ist. Mit dieser Anordnung ist eine Drehzahlregelung des einen Verbrennungsmotors mit der Drehmomentregelung des anderen Verbrennungsmotors kombinierbar.
  • Sinnvollerweise ist jeder Verbrennungsmotor über eine Kupplung mit dem Pumpenverteilgetriebe gekoppelt, wobei die Kupplung insbesondere eine Schaltkupplung ist. Auf diese Weise ist jeder Verbrennungsmotor wegschaltbar. In einer einfachen Ausprägung ist die jeweilige Kupplung als Überholkupplung (Freilauf) ausgebildet.
  • In einer Weiterbildung ist die jeweilige Kupplung im Pumpenverteilgetriebe integriert oder direkt am Pumpenverteilgetriebe angeschlossen. Auf diese Weise ist der jeweilige Verbrennungsmotor samt einer Gelenkwelle wegschaltbar. Bei stehendem Verbrennungsmotor werden die Gleitlager der Kurbelwelle nicht geschmiert. Durch das Wegschalten samt Gelenkwelle wird vermieden, dass Vibrationen auf die nicht geschmierte Kurbelwelle übertragen werden und deren Lebensdauer verringern. Solche Vibrationen könnten durch eine weiterlaufende Gelenkwelle auftreten.
  • Eine weitere Verbesserung sieht vor, dass an jeden Verbrennungsmotor über eine Vorschaltkupplung eine Gelenkwelle angeschlossen ist. Durch die jeweilige Vorschaltkupplung wird eine Übertragung von Schwingungen vom zugeordneten Verbrennungsmotor auf das Pumpenverteilgetriebe vermieden. Damit erhöht sich die Lebensdauer der gesamten Vorrichtung.
  • Vorteilhafterweise ist ein Verbrennungsmotor über ein Wendegetriebe mit dem Pumpenverteilgetriebe gekoppelt. Mit dieser Anordnung sind Verbrennungsmotoren mit gleicher Drehrichtung auf gegenüberliegenden Seiten des Pumpenverteilgetriebes anschließbar. Das erleichtert die konstruktive Umsetzung und reduziert den erforderlichen Platzbedarf innerhalb des Schienenfahrzeugs.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Wendegetriebe direkt an das Pumpenverteilgetriebe angeschlossen. Damit entfällt die Notwendigkeit, zwischen Pumpenverteilgetriebe und Wendegetriebe eine weitere Gelenkwelle vorzusehen.
  • Alternativ dazu sieht eine Verbesserung vor, dass im Pumpenverteilgetriebe eine Wendestufe integriert ist. Mit dieser Lösung ist ein besonders geringer Platzbedarf erforderlich, insbesondere bei zusätzlicher Integration der Schaltkupplungen in das Pumpenverteilgetriebe.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des beschriebenen Schienenfahrzeugs sieht vor, dass der jeweilige Verbrennungsmotor in Abhängigkeit einer vorgegebenen Sollleistung zur Leistungsabgabe aktiviert und mittels der Steuerungseinrichtung geregelt wird. Dabei wird der jeweilige Verbrennungsmotor zur Aktivierung der Leistungsabgabe gestartet und hochgefahren oder aus einem Leerlaufbetrieb heraus hochgefahren. Für jeden Verbrennungsmotor ist ein verfügbarer Leistungsbereich für einen optimalen Betrieb mit geringem Kraftstoffverbrauch hinterlegt. Fällt die vorgegebene Sollleistung in den verfügbaren Leistungsbereich eines der beiden Verbrennungsmotoren, wird nur der entsprechende Verbrennungsmotor aktiviert. Falls der jeweilige verfügbare Leistungsbereich unterhalb der vorgegebenen Sollleistung liegt, werden beide Verbrennungsmotoren zur Leistungsabgabe aktiviert. Vorteilhafterweise ist in der gemeinsamen Steuerungseinrichtung ein Algorithmus zur automatisierten Durchführung dieser Aktivierungsschritte eingerichtet. Dazu wird der Steuerungseinrichtung die aktuell vorgegebene Sollleistung als Eingangsgröße zugeführt.
  • In einer Weiterbildung des Verfahrens werden bei gemeinsamer Leistungsabgabe beide Verbrennungsmotoren mittels der Steuerungseinrichtung aufeinander abgestimmt geregelt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass über das Pumpenverteilgetriebe eine ausgeglichene Leistungsabgabe der beiden Verbrennungsmotoren an das hydraulische Antriebssystem erfolgt.
  • Dabei werden vorteilhafterweise entweder beide Verbrennungsmotoren drehzahlgeregelt oder der eine Verbrennungsmotor wird drehzahlgeregelt und der andere Verbrennungsmotor wird drehmomentgeregelt. In beiden Fällen ist der Betrieb der beiden Verbrennungsmotoren aufeinander abgestimmt, damit sich die abgegebenen Leistungsanteile der beiden Verbrennungsmotoren im Pumpenverteilgetriebe summieren.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
    • Fig. 1
    Schienenfahrzeug
    Fig. 2
    Antriebssystem in einer 1. Variante
    Fig. 3
    Antriebssystem in einer 2. Variante
    Fig. 4
    Antriebssystem in einer 3. Variante
    Beschreibung der Ausführungsformen
  • Das Schienenfahrzeug 1 in Fig. 1 umfasst einen Fahrzeugrahmen 2, der auf Schienenfahrwerken 3 auf einem Gleis 4 verfahrbar ist. Auf dem Fahrzeugrahmen 2 sind ein Kran 5 und eine Schwellenwechselvorrichtung 6 als Arbeitsgeräte angeordnet. Diese Arbeitsgeräte 5, 6 sind mittels elektrischer oder hydraulischer Arbeitsantriebe 7 verstellbar.
  • In einem Maschinenraum 8 oberhalb des Fahrzeugrahmens 2 ist ein erster Verbrennungsmotor 9 angeordnet. Ein kleinerer Verbrennungsmotor 10 ist unterhalb des Fahrzeugrahmens 2 (unterflur) verbaut. Auf diese Weise werden die zur Verfügung stehenden Bauräume optimal genutzt, wobei auch für die Arbeitsgeräte 5, 6 und für eine Ladefläche 11 ausreichend Platz bleibt. Vorzugsweise ist die Nennleistung (z.B. 505kW) des größeren Verbrennungsmotors 9 mehr als doppelt so groß als die Nennleistung (z.B. 190kW) des kleineren Verbrennungsmotors 10. Damit steht insgesamt eine ausreichende Antriebsleistung zur Verfügung, um das Schienenfahrzeug 1 auch mit schweren Lasten auf der Ladefläche 11 auf starken Steigungen anzutreiben.
  • Erfindungsgemäß sind beide Verbrennungsmotoren 9, 10 über ein Pumpenverteilgetriebe 12 gekoppelt. An das Pumpenverteilgetriebe 12 sind Hydraulikpumpen 13 angeschlossen. Diese Hydraulikpumpen 13 sind Elemente eines hydraulischen Antriebssystems. Dabei ist vorzugsweise jedem Schienenfahrwerk 3 zumindest ein Hydraulikmotor 14 als Fahrantrieb zugeordnet. Weitere an das Pumpenverteilgetriebe 12 angeschlossene Hydraulikpumpen 15, 16 versorgen hydraulisch Arbeitsantriebe 7 und dienen als Zirkulationspumpen für Kühlkreisläufe. Eine gemeinsame Steuerungseinrichtung 17 ist zur Regelung der beiden Verbrennungsmotoren 9, 10 eingerichtet.
  • Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Antriebsvariante, bei der drei Achsen 18 der beiden Schienenfahrwerke 3 mittels hydrostatischer Motoren 14 angetrieben sind. In einer Weiterbildung sind alle vier Achsen 18 angetrieben. Dabei ist zwischen dem jeweiligen Hydraulikmotor 14 und der zugeordneten Achse 18 ein Übersetzungsgetriebe 19 angeordnet. Über Hydraulikleitungen 20 sind die Hydraulikmotoren 14 mit den Hydraulikpumpen 13 verbunden.
  • Beispielsweise ist jedem Hydraulikmotor 14 eine eigene Hydraulikpumpe 13 zugeordnet. Diese Hydraulikpumpen 13 sind vorzugsweise hydrostatische Verstellpumpen. Auf diese Weise ist für jede Achse 18 eine separate Abtriebsleistung einstellbar. In Verbindung mit einem entsprechenden Sensor ist damit auch eine Antriebsschlupfregelung realisierbar.
  • Zur Versorgung der Arbeitsantriebe 7 ist ebenfalls eine verstellbare Hydraulikpumpe 15 sinnvoll. Die Hydraulikpumpe 16 für die Kühlkreisläufe ist vorzugsweise eine Konstantpumpe. Sie ist zum Beispiel als Dreifachpumpe für einen Ölkühler sowie für einen Kühlmittelkühler 21 und einen Ladeluftkühler 22 des größeren Verbrennungsmotors 9 ausgebildet. Die Kühler 21, 22 sind platzsparend als Flachkühler unterhalb des Fahrzeugrahmens 2 verbaut. Dem kleineren Verbrennungsmotor 10 ist ein eigener Kühler mit einem Lüfter zugeordnet. Dabei sind alle Komponenten unterhalb des Fahrzeugrahmens 2 angeordnet, um Platz für die Ladefläche 11 zu schaffen.
  • Zusätzlich ist am Pumpenverteilgetriebe 12 ein Generator 23 angeschlossen. Mit diesem Stromerzeuger wird elektrische Energie für ein Bordnetz 24 und zur Versorgung von elektrischen Aggregaten bereitgestellt. Beispielsweise werden ein Kompressor und ein Klimagerät elektrisch betrieben.
  • Im Beispiel gemäß Fig. 2 ist an den größeren Verbrennungsmotor 9 eine Kupplung 25 zur Freischaltung angeschlossen. Vorzugsweise ist eine Schaltkupplung vorgesehen. In einer einfachen Ausführung ist eine Überholkupplung angeordnet. Eine Gelenkwelle 26 verbindet die Kupplung 25 mit dem Pumpenverteilgetriebe 12. An den kleineren Verbrennungsmotor 10 ist ebenfalls eine Kupplung 25 zur Freischaltung angeschlossen. Zur Anpassung der Drehrichtung ist ein Wendegetriebe 27 angeordnet. Dieses Wendegetriebe 27 ist einerseits über eine erste Gelenkwelle 26 mit der Kupplung 25 und andererseits über eine zweite Gelenkwelle 26 mit dem Pumpenverteilgetriebe 12 verbunden.
  • Beide Verbrennungsmotoren 9, 10, werden mittels der gemeinsamen Steuerungseinrichtung 17 angesteuert. Zusätzlich ist jedem Verbrennungsmotor 9, 10 eine eigene Motorsteuerung zugeordnet. In einer weitergebildeten Variante können die Motorsteuerungen auch in der gemeinsamen Steuerungseinrichtung 17 integriert sein. Alle schaltbaren Kupplungen 25 werden ebenfalls mit der Steuerungseinrichtung 17 angesteuert.
  • Der Steuerungseinrichtung 17 ist eine Sollleistung vorgegeben. Beispielsweise sind in einer abgespeicherten Tabelle Sollleistungswerte für verschiedene Betriebsszenarien hinterlegt oder eine Bedienperson gibt die aktuelle Sollleistung über ein Bediengerät vor. In einer weiteren Variante wird die aktuelle Sollleistung in Echtzeit ermittelt und an die Steuerungseinrichtung 17 gemeldet. Dazu sind entsprechende Sensoren und eine Recheneinheit vorgesehen. Die beiden Verbrennungsmotoren 9, 10 werden in weiter Folge abhängig von der vorgegebenen Sollleistung aktiviert. Die Aktivierung geschieht durch Starten bzw. Hochfahren des betreffenden Verbrennungsmotors 9, 10 und gegebenenfalls durch Betätigung der zugeordneten schaltbaren Kupplung 25.
  • Bei Überstellfahrten ohne Steigungen und ohne Lasten wird die Sollleistung innerhalb eines optimalen Leistungsbereichs des größeren Verbrennungsmotors 9 liegen. Dieser Motor 9 wird somit vorrangig als Fahrmotor genutzt. Im Arbeitseinsatz ist die Sollleistung meist geringer, sodass der kleiner Verbrennungsmotor 10 als Arbeitsmotor ausreicht. Zur Überwindung von Steigungen und zum Bewegen schwerer Lasten ist eine höhere Sollleistung erforderlich. In diesem Fall werden beide Verbrennungsmotoren 9, 10 zur Leistungsabgabe aktiviert.
  • Damit die Verbrennungsmotoren 9, 10 in diesem Synchronbetrieb aufeinander abgestimmt geregelt werden, ist jedem Verbrennungsmotor 9, 10 ein Drehzahlsensor 28 zugeordnet. Die aktuell erfassten Drehzahlen sind der gemeinsamen Steuerungseinrichtung 17 zugeführt. Auf diese Weise sind beide Verbrennungsmotoren 9, 10 aufeinander abgestimmt drehzahlregelbar. Dabei ist vorteilhafterweise eine Master-Slave-Steuerung eingerichtet, die einen der beiden Verbrennungsmotoren 9, 10 als führende Einheit ansteuert.
  • Für eine weitere Regelungsvariante ist einem der Verbrennungsmotoren 9, 10 ein Drehmomentsensor 29 zugeordnet. Dieser Sensor 29 erfasst das vom entsprechenden Motor 10 auf das Pumpenverteilgetriebe 12 übertragene Drehmoment. Der aktuelle Wert ist wiederum der Steuerungseinrichtung 17 zugeführt. Bei dieser Ausprägung wird der eine Verbrennungsmotor 9 drehzahlgeregelt und er andere Verbrennungsmotor 10 drehmomentgeregelt. Mit beiden Regelungsvarianten ist sichergestellt, dass sich die Leistungsabgabe des eines Verbrennungsmotors 9 und die Leistungsabgabe des anderen Verbrennungsmotors 10 im Pumpenverteilgetriebe 12 summieren.
  • Eine verbesserte Anordnung ist in Fig. 3 dargestellt. Dabei ist das Wendegetriebe 27 direkt am Pumpenverteilgetriebe 12 angeschlossen. Das Pumpenverteilgetriebe 12 und das Wendegetriebe 27 bilden eine integrierte Einheit. Der Wegfall der Gelenkwelle 26 zwischen Wendegetriebe 27 und Pumpenverteilgetriebe 12 reduziert den Wartungsaufwand und erhöht den Gesamtwirkungsgrad.
  • In Fig. 4 ist eine Variante mit weitergeführter Integration der drehmomentübertragenden Komponenten dargestellt. Konkret sind die Kupplungen 25 zur Freischaltung des jeweiligen Verbrennungsmotors 9, 10 im Pumpenverteilgetriebe 12 integriert. Bei dieser Ausprägung ist ein nicht aktiver Verbrennungsmotor 9, 10 gemeinsam mit der zugeordneten Gelenkwelle 26 vom Pumpenverteilgetriebe 12 freigeschaltet (Unterbrechung der Drehmomentübertragung). Damit wird auch jede Vibrationsübertragung vom Pumpenverteilgetriebe 12 auf den stillstehenden Verbrennungsmotor 9, 10 vermieden.
  • Zwischen jedem Verbrennungsmotor 9, 10 und der zugeordneten Gelenkwelle 26 ist eine hochelastische Vorschaltkupplung 30 angeordnet. Damit werden bei aktivem Verbrennungsmotor 9, 10 Schwingungen gedämpft. Das erhöht die Lebensdauer der betroffenen Systemkomponenten 12, 25, 26. Bei dieser Variante ist eine Wendestufe 31 im Pumpenverteilgetriebe 12 integriert, um die Drehrichtungen anzupassen.
  • Die Erfindung umfasst auch weitere nicht dargestellte Kombinationen der in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Komponenten zur Übertragung der Antriebsleistung. Beispielsweise kann die eine Schaltkupplung 25 an einem der Verbrennungsmotoren 9, 10 und die andere Schaltkupplung 25 am Pumpenverteilgetriebe 12 angeschlossen sein. Zudem entfällt ein Wendegetriebe 27, wenn beide Motoren auf derselben Seite des Pumpenverteilgetriebes 12 angeordnet sind.

Claims (15)

  1. Schienenfahrzeug (1) mit einem auf Schienenfahrwerken (3) abgestützten Fahrzeugrahmen (2) und mit einem hydraulischen Antriebssystem, das eine Hydraulikpumpe (13) und einen einem Schienenfahrwerk (3) zugeordneten Hydraulikmotor (14) umfasst, wobei die Hydraulikpumpe (13) über ein Pumpenverteilgetriebe (12) mit einem Verbrennungsmotor (9) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenverteilgetriebe (12) mit einem weiteren Verbrennungsmotor (10) gekoppelt ist und dass eine gemeinsame Steuerungseinrichtung (17) zur Regelung beider Verbrennungsmotoren (9, 10) eingerichtet ist.
  2. Schienenfahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nennleistung des einen Verbrennungsmotors (9) höher, insbesondere zumindest doppelt so hoch ist als die Nennleistung des anderen Verbrennungsmotors (10).
  3. Schienenfahrzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an das Pumpenverteilgetriebe (12) eine weitere Hydraulikpumpe (15) zur Versorgung von hydraulischen Arbeitsantrieben (7) angeschlossen ist.
  4. Schienenfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Pumpenverteilgetriebe (12) ein Generator (23) zur Versorgung elektrischer Verbraucher (24) angeschlossen ist.
  5. Schienenfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Verbrennungsmotor (9, 10) ein Drehzahlsensor (28) zugeordnet ist und dass der jeweilige Drehzahlsensor (28) mit der Steuerungseinrichtung (17) verbunden ist.
  6. Schienenfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Verbrennungsmotor (9, 10) mit einem Drehmomentsensor (29) gekoppelt ist und dass der entsprechende Verbrennungsmotor (9, 10) drehmomentgeregelt ist.
  7. Schienenfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Verbrennungsmotor (9, 10) über eine Kupplung (25), die insbesondere als Schaltkupplung ausgebildet ist, mit dem Pumpenverteilgetriebe (12) gekoppelt ist.
  8. Schienenfahrzeug (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Kupplung (25) im Pumpenverteilgetriebe (12) integriert oder direkt am Pumpenverteilgetriebe (12) angeschlossen ist.
  9. Schienenfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an jeden Verbrennungsmotor (9, 10) über eine Vorschaltkupplung (30) eine Gelenkwelle (26) angeschlossen ist.
  10. Schienenfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbrennungsmotor (9, 10) über ein Wendegetriebe (27) mit dem Pumpenverteilgetriebe (12) gekoppelt ist.
  11. Schienenfahrzeug (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Wendegetriebe (27) direkt an das Pumpenverteilgetriebe (12) angeschlossen ist.
  12. Schienenfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Pumpenverteilgetriebe (12) eine Wendestufe (31) integriert ist.
  13. Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Verbrennungsmotor (9, 10) in Abhängigkeit einer vorgegebenen Sollleistung zur Leistungsabgabe aktiviert und mittels der Steuerungseinrichtung (17) geregelt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei gemeinsamer Leistungsabgabe beide Verbrennungsmotoren (9, 10) mittels der Steuerungseinrichtung (17) aufeinander abgestimmt geregelt werden.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass beide Verbrennungsmotoren (9, 10) drehzahlgeregelt werden oder dass der eine Verbrennungsmotor (9) drehzahlgeregelt und der andere Verbrennungsmotor drehmomentgeregelt (10) wird.
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