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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines Schienenfahrzeugs, beispielsweise einer Lokomotive oder eines Triebwagens.
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Derartige Antriebsstränge sind bekannt. Sie weisen beispielsweise zwei Drehgestelle, jeweils umfassend einen Drehgestellrahmen, auf. Dabei trägt der Drehgestellrahmen in der Regel mehrere Radsätze, von denen wiederum jeder zwei Räder, welche auf einer Radsatzwelle angeordnet sind, umfasst. Die Räder werden dabei über einen Antriebsmotor, meist einen Verbrennungsmotor wie Dieselmotor, angetrieben. Zwischen Rädern und Antriebsmotor ist dabei ein Getriebe angeordnet.
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Abhängig vom Anwendungszweck des Schienenfahrzeugs sind vom Betreiber verschiedene maximale Betriebsgeschwindigkeiten sowie Antriebsleistungen derartiger Schienenfahrzeuge gewünscht. Daher bieten die Hersteller derartiger Schienenfahrzeuge in der Regel unterschiedliche Ausführungsformen mit sowohl verschiedenen Getrieben als auch Motorkonzepten an, um derartige Betriebsgeschwindigkeiten und Antriebsleistungen zu realisieren. Dabei ist die Verwendung von gleichen Teilen für die verschiedenen Ausführungsformen äußerst begrenzt, da sich letztere zumeist untereinander in der Baugröße und der mechanischen Anbindung unterscheiden. So können aufgrund der begrenzten von einem solchen Getriebe maximal übertragbaren Antriebsleistung identische Getriebe unabhängig von der Ausführungsform eines solchen Schienenfahrzeugs nur dann eingesetzt werden, wenn das Antriebsmoment der mit diesen in Triebverbindung stehenden Antriebsmotoren entsprechend auf die verwendeten Getriebe abgestimmt ist. So benötigen Antriebsmotoren mit einem relativ großen Antriebsmoment auch entsprechend dimensionierte Getriebe, um dieses zu übertragen.
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Daher müssen die Hersteller derartiger Schienenfahrzeuge eine Vielzahl von Getrieben und Motorkonzepten sowie der dazugehörenden Ersatzteile für einen möglicherweise notwendigen Austausch vorrätig halten, was zusätzlich mit hohen Bevorratungskosten verbunden ist. Die erhöhte Vielfalt ist auch besonders bei Neuerungen nachteilig, da jede einzelne Ausführungsform entsprechend der neuen Technologie angepasst werden muss, was wiederum erhöhte Entwicklungskosten nach sich zieht.
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Ein weiterer Nachteil üblicher Schienenfahrzeuggetriebe ist, dass eine variable Aufteilung der Antriebsleistung auf zwei Drehgestellte in der Regel nicht vorgesehen ist. Hierzu sind wiederum teure Sondergetriebe mit komplexen Getriebearchitekturen nötig, die wiederum entsprechend an die Antriebsleistung des Antriebsmotors angepasst werden müssen. Dies ist mit erheblichen Kosten verbunden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antriebsstrang eines Schienenfahrzeugs anzugeben, welcher gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist. Dabei sollen Veränderungen der Antriebsleistung und der maximalen Betriebsgeschwindigkeit eines mit einem solchen Antriebsstrang ausgestatteten Schienenfahrzeugs durch nur geringe Modifikationen in der Konstruktion ermöglicht werden, sodass die Verwendung von baulichen Gleichteilen, insbesondere Getriebekomponenten, über verschiedene Ausführungsformen hinweg möglich ist. Gleichzeitig sollen die Bauteilvielfalt sowie die Entwicklungs-, Herstellungs- und Bevorratungskosten reduziert werden.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen Antriebsstrang gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind besonders vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang eines Schienenfahrzeugs weist in der Regel wenigstens zwei Drehgestelle auf, umfassend wenigstens zwei Radsätze mit je zwei Rädern. Weiterhin ist ein Antriebsmotor zum Antreiben der Radsätze beziehungsweise der Räder sowie ein zwischen Antriebsmotor und den Rädern angeordnetes Verzweigungsgetriebe vorgesehen, umfassend einen vom Antriebsmotor antreibbaren Verzweigungsgetriebeeingang sowie eine Mehrzahl von Verzweigungsgetriebeausgängen. Dabei ist eine Mehrzahl von dem Verzweigungsgetriebe in Leistungsübertragungsrichtung nachgeschalteten Wechselgetrieben, jeweils umfassend einen Wechselgetriebeeingang und einen Wechselgetriebeausgang, vorgesehen, wobei jeder Wechselgetriebeeingang mit einem Verzweigungsgetriebeausgang gekoppelt ist.
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Erfindungsgemäß stehen die Wechselgetriebeausgänge miteinander in mechanischer Triebverbindung.
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Somit teilt das Verzweigungsgetriebe das vom Antriebsmotor übertragene Antriebsmoment beziehungsweise die Antriebsleistung auf eine Mehrzahl von parallelen Leistungszweigen auf, wobei bevorzugt die Anzahl der Verzweigungsgetriebeausgänge der Anzahl der Leistungszweige entspricht. Natürlich wäre es auch denkbar, dass nicht in jedem Leistungszweig ein derartiges Wechselgetriebe vorgesehen ist.
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Bevorzugt stehen die Wechselgetriebeausgänge über ein Summiergetriebe miteinander insbesondere in ständiger Triebverbindung, wobei das Summiergetriebe den Wechselgetrieben in Leistungsübertragungsrichtung nachgeschaltet ist und das Summiergetriebe eine Mehrzahl von Summiergetriebeeingängen und wenigstens einen Summiergetriebeausgang umfasst und die Summiergetriebeeingänge mit den Wechselgetriebeausgängen mechanisch gekoppelt sind. Mittels dem Summiergetriebe wird die über die parallelen Leistungszweige übertragene Antriebsleistung beziehungsweise das Drehmoment wieder zusammengeführt. Dabei können die anzutreibenden Räder der Drehgestelle beispielsweise direkt über die Wechselgetriebe, wobei die Radsatzwellen mit den Wechselgetriebeausgängen wenigstens mittelbar gekoppelt sind, oder über das Summiergetriebe, wobei hier die Radsatzwellen wenigstens mittelbar mit dem wenigstens einen Summiergetriebeausgang in mechanischer Triebverbindung stehen, drehangetrieben werden. Dabei bedeutet wenigstens mittelbar gekoppelt, dass zusätzliche Antriebselemente, wie beispielsweise Gelenkwellen in der Triebverbindung, vorgesehen sein könnten.
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Bevorzugt weisen die Wechselgetriebe eine Mehrzahl von mechanischen Kupplungen und/oder Bremsen, die zum wahlweisen Einlegen von Gangstufen verschiedener Übersetzungen aktivierbar oder deaktivierbar sind, auf. Derartige Wechselgetriebe können beispielsweise herkömmliche Automatgetriebe sein, die beispielsweise als sogenannte Anfahreinheit eine hydrodynamische Maschine, wie eine hydrodynamische Kupplung oder einen hydrodynamischen Wandler mit nachgeordneten mechanischen Schaltstufen, aufweisen, oder sogenannte Differenzialwandlergetriebe mittels denen Antriebsleistung mit einem hydrodynamischen Leistungspfad sowie einem parallel dazu vorgesehenen mechanischen Leistungspfad übertragbar ist. Derartige hydrodynamische Maschinen können jedoch auch zwischen dem Verzweigungsgetriebe und dem jeweiligen Wechselgetriebe angeordnet, in die anderen Getriebe wie Verzweigungsgetriebe und/oder Summiergetriebe integriert oder diesem vor- oder nachgeschaltet sein.
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Mit Vorteil sind die Wechselgetriebe als insbesondere identische Differenzialwandlergetriebe, Automatgetriebe, beispielsweise umfassend 6 oder mehr Gänge, oder automatisierte Schaltgetriebe ausgeführt und weisen jeweils ein eigenes Gehäuse zur Aufnahme der Mehrzahl von Kupplungen und/oder Bremsen auf.
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Bevorzugt ist das auf das Verzweigungsgetriebe übertragbare oder übertragene Antriebsmoment des Antriebsmotors größer als das von jedem der Wechselgetriebe einzeln übertragbare oder übertragene Drehmoment. Somit werden gezielt Wechselgetriebe eingesetzt, die einzeln für sich maximal nur einen Bruchteil der Antriebsleistung des Antriebsmotors übertragen können. Hierdurch können nun eine Vielzahl von Antriebsmotoren unterschiedlicher Antriebsleistung abgedeckt werden, indem immer (leistungsmäßig) dieselben parallel zueinander geschalteten Wechselgetriebe in Abhängigkeit der zu übertragbaren Antriebsleistung lediglich in ihrer Anzahl variiert werden. Hierdurch werden die Bauteilvielfalt sowie die Entwicklungs- und Herstellungskosten der mit derartigen Wechselgetrieben ausgestatteten Antriebsstränge deutlich reduziert, da die Wechselgetriebe für unterschiedliche Motorkonzepte stets wiederverwendet werden können.
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Die Erfindung soll nun nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Figuren exemplarisch erläutert werden.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer ersten Alternative eines Antriebsstranges eines Schienenfahrzeugs.
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2 eine schematische Darstellung eines Antriebsstranges eines Schienenfahrzeugs gemäß einer weiteren Alternative.
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In 1 ist eine erste Alternative eines erfindungsgemäßen Antriebsstranges in einer schematischen Darstellung gezeigt. Der Antriebsstrang ist wie folgt aufgebaut: Er umfasst einen Antriebsmotor 3, welcher bevorzugt als Verbrennungsmotor ausgeführt und zum Antrieb von an Drehgestellen 1, 2 aufgehängten Rädern vorgesehen ist. Natürlich könnte auch anstelle der beiden Drehgestelle 1, 2 nur ein einziges oder mehr als zwei Drehgestelle 1, 2 von dem Antriebsmotor 3 angetrieben werden. Jedes Drehgestell 1, 2 umfasst jeweils zwei Radsätze 1.1, 2.1, welche wiederum zwei Räder, welche über nicht gezeigte Radsatzwellen miteinander verbunden sind, aufweisen. Natürlich könnten den Radsätzen 1.1, 2.1 nicht gezeigte Radsatzgetriebe zugeordnet sein.
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In Leistungsübertragungsrichtung vom Antriebsmotor 3 zu den Radsätzen 1.1, 2.1 ist ein Verzweigungsgetriebe 4 dem Antriebsmotor 3 nachgeschaltet. Letzteres umfasst einen Verzweigungsgetriebeeingang 4.1, welcher mit einer Abtriebswelle 7 des Antriebsmotors 3 gekoppelt ist. Beide Elemente konnten auch als eine einzige gemeinsame Welle ausgebildet sein. Dies gilt auch für die nachfolgend beschriebenen Elemente (Eingänge und Ausgänge der entsprechenden Getriebe).
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Das Leistungsverzweigungsgetriebe 4 umfasst vorliegend zwei Verzweigungsgetriebeausgänge 4.2, 4.3, mittels welchen die auf das Verzweigungsgetriebe 4 übertragene Antriebsleistung des Antriebsmotors 3 bevorzugt gleichmäßig auf alle Verzweigungsgetriebeausgänge 4.2, 4.3 verteilt wird. Letztere bilden somit parallele Leistungszweige, um die vom Antriebsmotor 3 übertragene Antriebsleistung aufzuteilen. Dabei ist in vorliegend jedem Leistungszweig ein Wechselgetriebe 5 angeordnet, umfassend einen Wechselgetriebeeingang 5.1 sowie einen Wechselgetriebeausgang 5.2. Das Wechselgetriebe 5 ist dabei dem Verzweigungsgetriebe 4 in Leistungsübertragungsrichtung nachgeschaltet. Zur Leistungsübertragung stehen die Verzweigungsgetriebeausgänge 4.2, 4.3 des Verzweigungsgetriebes 4 mit den entsprechenden Wechselgetriebeeingängen 5.1 der Wechselgetriebe 5 in Triebverbindung oder sind beispielsweise mittels einer zwischengeschalteten Kupplung in eine solche schaltbar. Natürlich könnten auch mehr als die hier dargestellten zwei Wechselgetriebe 5 vorgesehen sein, wobei dann das Verzweigungsgetriebe 4 entsprechend derart ausgeführt ist, dass es eine komplementäre Anzahl von Leistungszweigen und damit Verzweigungsgetriebeausgängen aufweist. Dabei muss nicht zwingend notwendig in jedem Leistungszweig ein Wechselgetriebe 5 angeordnet sein.
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In Leistungsübertragungsrichtung vom Antriebsmotor 3 zu den Radsätzen 1.1, 2.1 ist den Wechselgetrieben 5 ein Summiergetriebe 6 nachgeschaltet, welches die einzelnen Leistungszweige wieder zusammenführt. Dazu umfasst das Summiergetriebe 6 jeweils eine Mehrzahl von Summiergetriebeeingängen 6.1, 6.2, welche bevorzugt der Anzahl der Wechselgetriebe 5 und damit der Wechselgetriebeausgänge 5.2 entspricht. Dabei ist der jeweilige Wechselgetriebeausgang 5.2 mit dem entsprechenden Summiergetriebeeingang 6.1, 6.2 mechanisch gekoppelt. Das Summiergetriebe 6 umfasst vorliegend drei Summiergetriebeausgänge 6.3, von denen zwei zum Antreiben der Radsätze 1.1, 2.1 der Drehgestellte 1, 2 vorgesehen sind. Der dritte Summiergetriebeausgang 6.3 könnte beispielsweise zum Antrieb von Hilfs- und Nebenaggregaten des Schienenfahrzeugs dienen oder mit einem weiteren nicht gezeigten Drehgestell verbunden sein.
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Im vorliegenden Fall sind die Summiergetriebeausgänge 6.3 zum Antrieb der Räder der Radsätze 1.1, 2.1 mit Gelenkwellen 8 drehfest verbunden.
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In 2 ist eine weitere Alternative des erfindungsgemäßen Antriebsstranges dargestellt. Dabei sind sich entsprechende Bauelemente mit entsprechenden Bezugszeichen wie in 1 versehen. Im Gegensatz zur 1 sind in 2 die Drehgestelle 1, 2 nicht mit dem Summiergetriebe 6 verbunden, sondern stehen über zusätzliche Wechselgetriebeausgänge 5.2 mit dem Wechselgetriebe 5 in mechanischer Triebverbindung. Dabei ist jedem Drehgestell 1, 2 zu dessen Antrieb ein einziges Wechselgetriebe 5 zugeordnet. Dies könnte jedoch auch anders sein. So könnten zwei oder mehrere Drehgestelle 1, 2 von demselben Wechselgetriebe 5 angetrieben werden.
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Mittels dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang kann einerseits die Bauteilvielfalt durch Verwendung identischer Wechselgetriebe bei unterschiedlichen Ausführungsformen von Schienenfahrzeugen (zum Beispiel unterschiedliche Getriebe und Motorkonzepte) reduziert werden. Hierdurch werden die Entwicklungs-, Herstellungs- und Bevorratungskosten der Komponenten derartiger Antriebsstränge erheblich reduziert. Andererseits können durch die individuelle Veränderung der Gangstufen und somit der Drehzahl-/Drehmomentverhältnisse einzelner Wechselgetriebe 5 die Radsätze 1.1, 2.1 der Drehgestelle 1, 2 oder die Drehgestelle 1, 2 untereinander mit voneinander unterschiedlichen Antriebsdrehzahlen beziehungsweise Antriebsleistungen angetrieben werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehgestell
- 1.1
- Radsatz
- 2
- Drehgestell
- 2.1
- Radsatz
- 3
- Antriebsmotor
- 4
- Verzweigungsgetriebe
- 4.1
- Verzweigungsgetriebeeingang
- 4.2
- Verzweigungsgetriebeausgang
- 4.3
- Verzweigungsgetriebeausgang
- 5
- Wechselgetriebe
- 5.1
- Wechselgetriebeeingang
- 5.2
- Wechselgetriebeausgang
- 6
- Summiergetriebe
- 6.1
- Summiergetriebeeingang
- 6.2
- Summiergetriebeeingang
- 6.3
- Summiergetriebeausgang
- 7
- Abtriebswelle
- 8
- Gelenkwelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2248482 [0006]
- DE 10146082 C1 [0006]
- DE 202007018504 U1 [0006]