本发明涉及一种按照在权利要求1的前序部分中详细定义的类型的用于以驱动机来驱动轨道车辆的至少一根输出轴的设备,并且涉及一种按照在权利要求11中详细定义的类型的用于运行这种设备的方法。
背景技术:
为了驱动以低车架构造方式实施的轨道车辆,由实践公知有不同的方案,其中,在为每一个车轮配属驱动机的实施方案和多个车轮由唯一的驱动机来驱动的实施方案之间有所不同。后一种实施方案既包括横向联接系统也包括纵向联接系统,其中,在横向联接系统中,两个分别配属于一个车桥的车轮由驱动机来驱动,在纵向联接系统中,两个于轨道车辆的一侧上且沿车辆纵向彼此相邻地布置的车轮由驱动机来驱动。驱动机在此分别通过变速器级与至少一根输出轴共同作用。在DE 47 49 73A中示出了这种用于单轮驱动的实施方案。
但在这些实施方案中,驱动机不利地仅能以很低的效率运行,这是因为驱动机在轨道车辆的主要运行范围内不是在其效率最佳的运行范围内运行。
技术实现要素:
因此本发明的任务在于,提供一种用于驱动轨道车辆的设备,该设备的驱动机能以很高的效率运行。此外,本发明的任务还在于,提供一种用于运行如下设备的方法,该设备带有至少两个用于分别驱动至少一根输出轴的驱动机,利用该方法可以在能在转换过程期间传递的转矩方面对在配属于驱动机的变速器装置的区域中的转换过程进行 改进。
按照本发明,该任务利用具有权利要求1的特征的设备和具有权利要求11的特征的方法来解决。
在按本发明的用于以驱动机来驱动轨道车辆的至少一根输出轴的设备中,至少一根输出轴能与至少一个车轮处于有效连接(Wirkverbindung)中,并且在至少一根输出轴的驱动侧布置有变速器装置。
按照本发明,在变速器装置的区域中能产生至少两个传动比。
按本发明的设备的驱动机与具有仅一个固定传动比的变速器装置的公知的实施方案相比能以更高的效率来运行。这一点通过至少两个不同的、在变速器装置的区域中能产生或能挂入的传动比来实现,这是因为利用接近其最佳的运行范围来运行的驱动机一方面能够实现起动过程并且另一方面能够实现具有更高的行驶速度的运行范围。由此,与公知的设备相比可以有利地以更小的费用降低运行成本。此外,由于变速器装置的可变的传动比,通过电机提供的驱动力矩能够由相比传统的设备尺寸设定得更小的且因此成本更为低廉地实施的驱动机来提供。
如果按本发明的设备的驱动机以大致如由实践公知的设备的驱动机那样设定尺寸,那么依赖于变速器装置在轨道车辆的特定的运行工况中分别选出的传动比级能够提供更大的牵引力供应。因此,可以例如利用驱动机达到更大的加速度或例如能够相对公知的实施方案减少实施有所述设备的轨道车辆的转向架的被驱动的输出轴的数量。
变速器装置可以实施有两个、三个、四个或更多的传动比级,其中,变速器装置的具有最大的行驶份额的传动比级,优选实施为直接 挡。
输出轴尤其可以与唯一的车轮联接,因而存在所谓的单轮驱动器。作为对此的备选,输出轴可以在两侧分别与一个车轮有效连接,因而可以由驱动机驱动由输出轴形成的车桥。
在优选所谓的横向联接系统的按本发明的设备的有利实施方案中,经由驱动机能驱动两根分别能与车轮有效连接的输出轴,其中,输出轴配属给轨道车辆的关于轨道车辆的行驶方向不同的侧,并且输出轴尤其基本上彼此同轴地布置。在此,分别形成了轮轴的输出轴尤其可以直接地或经由另外的变速器装置与实施用于调整不同的传动比级的变速器装置联接。
除了能转换的变速器装置外,还可以在输出轴的区域中设置差速器,差速器尤其布置在能转换的变速器装置的区域中。
此外,利用按本发明的设备除了能产生横向联接系统的驱动外也能产生纵向联接系统的驱动。于是,利用驱动机能够驱动两根分别能与车轮有效连接的输出轴,其中,输出轴关于轨道车辆的行驶方向沿纵向彼此错开地在轨道车辆的一侧上相邻地且基本上相互平行地布置。尤其能与车轮直接连接的输出轴或轮轴在此优选经由至少一根沿轨道车辆的纵向布置的轴相互联接,其中,能转换的变速器装置例如布置在这根轴或这些轴的区域中。
在设备的一种结构简单的实施方案中,变速器装置实施有至少一个行星齿轮传动机构或行星齿轮组,其中,行星齿轮传动机构例如可以实施为负行星齿轮传动机构或正行星齿轮传动机构。在轨道车辆的行驶运行期间具有最频繁的行驶份额的传动比级,尤其实施为直接挡。作为对具有行星齿轮传动机构的实施方案的备选,变速器装置可以例如包括多个圆柱齿轮级或锥齿轮级。为了变速器装置在不同的传动比 级之间的转换,优选设置至少一个能被操纵装置操纵的换挡元件。
在本发明的一个有利实施方案中,变速器装置在至少两个传动比级之间的转换可以借助至少一个能在负载下换挡的换挡元件实现,其中,换挡元件尤其实施为摩擦锁合的(reibschlüssig)换挡元件,例如实施为膜片式离合器。
与此备选或附加地,为了使变速器装置在至少两个传动比级之间转换,还可以设置至少一个牙嵌式换挡元件,其中,在这种变速器装置中的转换过程伴随有牵引力中断。
为了能够以有利的方式使当前的在驱动机的驱动轴与各输出轴之间的传动比与驱动机的功率参数相匹配,在按本发明的设备的一个有利实施方案中,在变速器装置的驱动侧和/或输出侧设置有另外的实施有固定传动比的变速器装置。另外的变速器装置可以例如实施有至少一个圆柱齿轮级、至少一个行星齿轮传动机构或至少一个锥齿轮级。
为了执行特别是牵引力中断的能转换的变速器装置在不同的传动比级之间的尽可能无磨损的转换过程,在设备的一种有利实施方案中,设置有至少一个转速传感器用于获知变速器装置的换挡元件的换挡元件半部的转速,其中,可以在输出轴的区域中和/或在由驱动机来驱动的驱动轴的区域中设置至少一个转速传感器。至少一个转速传感器优选与至少一个控制器有效连接,从而驱动机能够依赖于获知的转速由至少一个控制器来操纵。
在本发明的一个有利实施方案中,驱动机构造为液压机或电机,例如构造成异步电机或永磁激励的机器。
在按本发明的设备的一种有利实施方案中,设置有至少两根能分别由驱动机来驱动的且能与车轮有效连接的输出轴,其中,在每一根 输出轴的驱动侧布置有用于产生至少两个不同的传动比级的变速器装置。因此,尤其可以在轨道车辆的转向架的每个被驱动的车桥或输出轴的区域中调整出期望的传动比级,并且使用相应地最优实施的驱动机。
为了能够在设备的输出轴中设置对每一种行驶状况都有利的转矩导入,在按本发明的设备的一种有利实施方案中,设置有至少一个控制器,一个或多个控制器构造用于单独操纵不同车桥的驱动机。
此外,说明了一种用于运行这种设备的方法,在该方法中,按照本发明提出的是,以如下方式对分别配属有至少一根能与车轮有效连接的输出轴的不同的能换挡的变速器装置进行操纵,即,在一个变速器装置的区域中的在不同的传动比级之间的转换过程在时间上至少部分地与另一个变速器装置的在不同的传动比级之间的转换过程错开地执行。
利用按本发明的方法,在由设备的所有输出轴在转换过程期间能传递的转矩方面,可以优化地执行不同的变速器装置的转换过程,这是因为通过不同的变速器装置的在时间上至少部分地彼此错开的转换过程,总体上能经由所有驱动轴传递的转矩在变速器装置的区域中的转换过程期间不会减小到不期望的范围内,并且可以传递足够的转矩。不同的变速器装置的转换过程可以在时间上完全地彼此间无关联。因此存在这样的可能性,即,仅在当前在另一个变速器装置的区域中或在另外的若干变速器装置的区域中没有另外的转换过程是有效的时,才执行变速器装置的转换过程。设备的变速器装置的所有转换过程能够相应彼此连续地执行,其中,根据运行工况而定地,也可以规定在不同的变速器装置的区域中的转换过程在时间上至少部分地重合。
在按本发明的方法的一种有利的扩展设计方案中规定,以如下方式操纵配属于各输出轴的驱动机,使得在执行能换挡的变速器装置的 换挡过程期间提高了由至少一个配属于另一个变速器装置的驱动机来传递的转矩。由不同的驱动机传递到多根输出轴上的转矩的和在此可以在执行变速器装置的转换过程期间通过至少一个传递到其它输出轴上的转矩的提高尤其被部分地补偿并优选保持恒定。
为此在运行状态进程期间,亦即在输出轴由于在所配属的变速器装置的区域中当前进行的转换过程没有加载或仅加载以降低的转矩期间,可以规定,轨道车辆的配属于另外的输出轴的其它驱动机被相应地操纵,以便能够提供轨道车辆的期望的驱动力矩。当变速器装置的转换过程结束时,可以相应地使分别从其它驱动机到所配属的输出轴的提高的转矩又降低到期望的范围内。
可以以类似的方式如下地操纵配属于各输出轴的驱动轴,即,即使在能在输出轴的区域中传递的转矩短时间下降时,例如当配属于相应的输出轴的车轮空转或打滑时,使由至少一个配属于其它变速器装置的驱动机传递的转矩提高,并且由所有驱动机传递到轨道车辆的多根输出轴上的转矩的和在这个运行状态下尤其基本上保持恒定。
当以如下方式操纵设置用于对配属于轨道车辆的两个不同侧的且尤其基本上彼此同轴布置的输出轴进行驱动的至少两个驱动机而使得由各驱动机来驱动的且分别能与车轮有效连接的输出轴依赖于运行状态地以不同的转速被驱动时,利用按本发明的方法可以执行在车桥的输出轴之间的转速补偿。由此,可以通过驱动机提供传统的车桥差速器的功能,并且可以实现少磨损地或无磨损地驶过窄的弯道。
为了能够以简单的方式在操纵换挡元件之前在能转换的变速器装置的换挡元件的区域中,例如形状配合的换挡元件的区域中执行同步,在换挡元件的换挡元件半部之间存在转速差时可以以如下方式操纵配属于至少一根输出轴的驱动机,使得在换挡元件的区域中的转速差被调整到小于预定值的值,在这个值的情况下,换挡元件能安全地从其 打开的运行状态切换到其闭合的运行状态。此外,在闭合过程之前的同步即使在摩擦锁合的换挡元件中也是有利的,因为摩擦锁合的换挡元件能以基本上无负荷且无损失的方式被接通。
在此,尤其在实施有至少一个牙嵌式换挡元件的能换挡的变速器装置中可以规定,从牙嵌式换挡元件的闭合状态起,首先不将转矩从驱动机经由驱动机的驱动轴传递,并且驱动轴在必要时暂时沿相反的方向转动,以便能够执行换挡元件半部的脱开。在换挡元件从脱开状态切换到换挡元件半部的联接状态之前,借助驱动机可以将与驱动轴有效连接的换挡元件半部的转速基本上调整到另一个与驱动机处于有效连接的换挡元件半部的转速,从而牙嵌式换挡元件紧接着可以以简单的方式切换到闭合状态。
在按本发明的方法的一种有利实施方案中规定,在至少一个控制器中储存有针对至少一个变速器装置的换挡过程来说的预选策略。通过该预选策略尤其预定了针对至少一个能转换的变速器装置的与框架条件关联的操纵顺序。以这种简单的方式,可以利用降低的操纵费用为公知的路线图调整尤其用于所有能换挡的变速器装置的期望的传动比级。例如在从停车站出发下坡的线路图中,可以规定与正常情况不同的以具有低传动比的挡位级来起动。
无论是在权利要求中说明的特征还是在按本发明的设备和按本发明的方法的下列实施例中说明的特征,都适合于单独地或彼此任意组合地用来改进按本发明的主题。各特征组合在按本发明的主题的改进方案方面并不构成限制,而是具有基本上仅示例性的特性。
附图说明
按本发明的设备和按本发明的方法的其它优势和有利实施方式由权利要求以及接下来参考附图按原理说明的实施例得出。其中:
图1示出轨道车辆的用于以驱动机来驱动与车轮联接的输出轴的 设备的原理图,其中,在输出轴的驱动侧布置有能转换的变速器装置;
图2示出图1的设备的简化示出的结构性设计方案,该设备带有能转换的变速器装置,变速器装置带有行星齿轮传动机构和膜片式离合器;
图3示出轨道车辆的备选地设计的设备的原理图,在该设备中,在中间接有变速器装置的情况下可以由驱动机来驱动两根分别与车轮连接的且基本上彼此同轴布置的输出轴;以及
图4示出轨道车辆的另一个备选地设计的设备的原理图,在该设备中,可以由驱动机驱动两根关于轨道车辆的行驶方向沿纵向彼此错开布置的、分别与车轮连接的输出轴。
具体实施方式
在图1中示出了特别是完全以低车架构造方式实施的轨道车辆的设备1,利用该设备能够借助在此实施为电机4的驱动机来驱动与车轮2连接的输出轴3。电机4经由驱动轴5与当前能在两个不同的传动比级之间转换的变速器装置6连接,变速器装置在输出侧与输出轴3联接。电机4和变速器装置6优选与车轮2同轴布置,但在备选的实施方案中也可以彼此有轴线偏差或角度偏差地布置。
为了变速器装置6在不同的传动比级之间的转换,在此设置有操纵变速器装置6的非中央的控制器7,当前也能借助该控制器来操纵带有变流器的电机4。
在图2中详细示出了图1的设备1。变速器装置6在此以能由电机4驱动的、在输出侧与输出轴3连接的负行星齿轮传动机构8来实施。为了在两个传动比级之间转换,行星齿轮传动机构8与和齿圈9联接的制动器10以及布置在行星齿轮传动机构8的驱动侧的实施为膜片式离合器11的换挡元件共同作用。行星齿轮传动机构8的行星架12在此与膜片式离合器11的外膜片托架13抗相对转动地(drehfest)连接,并且行星齿轮传动机构8的太阳轮14与膜片式离合器11的内膜 片托架15抗相对转动地连接。
为了操纵膜片式离合器11,设置能由控制器7操纵的操纵装置19。操纵装置19例如实施有能由伺服马达驱动的球-斜坡系统,但原则上也可以任意地实施并且例如能以电动、气动、液压和/或机械的方式来操纵。
利用行星齿轮传动机构8可以调整两个传动比级,其中,当同样能被控制器7操纵的制动器10闭合且齿圈9因此抗相对转动地相对壳体16被固定以及膜片式离合器11处在外膜片托架13以能转动的方式与内膜片托架15联接的打开的运行状态下时,挂入高的传动比或第一挡。当制动器10是打开的且齿圈9相对壳体16是能转动的,而膜片式离合器11是闭合的且外膜片托架13抗相对转动地与内膜片托架15连接时,那么在变速器装置6中挂入低的传动比或第二挡。
为了能够既在变速器装置6中挂入第一传动比时又在挂入第二传动比时产生期望的总传动比,在设备的备选的实施方案中规定,在变速器装置的驱动侧和/或输出侧布置有至少一个另外的带有固定传动比或可变传动比的变速器装置。
此外,存在设置用于使输出轴3减速的制动器17,该制动器包括抗相对转动地与输出轴3连接的盘18。制动器17原则上可以任意地实施并且不同于根据图2的视图地也能依赖于当前可供使用的结构空间而定位在其它的部位上以及必要时能与其它的构件一起组合成一个模块。
在此,车轮2、配属于车轮2的变速器装置6和所属的带有变流器的电机4能分别实施为单独的单元,或者能够组合成唯一的模块或以任意规模组合成多个更小的模块,其中,模块中的元件可以至少部分是功能集成的。因此例如可以规定,变速器装置6集成到车轮2中, 或电机4和变速器装置6形成一个结构单元。附加地也存在这样的可能性,即,为其中每个电机4设置单独的变流器,或设置一个中央的变流器,多个电机4能够通过该中央的变流器以可调节的方式运行。
为了能利用设备1驱动轨道车辆的转向架的所有的车轮2,设备1尤其具有三根另外的未详细示出的且分别与另一个车轮连接的输出轴,其中,沿着轨道车辆的行驶方向F既为靠左的车辆侧L也为靠右的车辆侧R尤其分别配属有两个车轮。如输出轴3那样,为另外的三根输出轴分别配属有电机、能转换的变速器装置和非中央的控制器。在此存在这样的可能性,即,非中央的控制器7以未详细示出的方式分别与中央的控制器有效连接。
在轨道车辆运行时,设备1的能转换的变速器装置6被中央的控制器和非中央的控制器7以如下方式来操纵,以便能够在设备1的区域内至少近似地且基本上牵引力不中断地提供所要求的总驱动力矩。
以设备1的在变速器装置6的区域内分别挂入第一传动比的运行状态为出发点,在变速器装置6的区域内存在挂入第二传动比的要求时,先是在其中一个变速器装置6的区域内执行转换过程,而在另外的变速器装置6的区域内不进行传动比变换并且一如既往地挂入第一传动比。因此经由另外的变速器装置6分别能将在所配属的驱动机的区域中可供使用的转矩以经相应地转化的形式施加在所配属的车轮的区域中。
为了能够将设备1的在车轮2的区域中在其中一个变速器装置的区域中的换挡过程期间的所要求的总转矩尽可能保持恒定,电机4被控制器7以如下方式来操纵,使得在当前换挡的变速器装置6的区域中存在的牵引力中断通过配属于当前未被操纵的变速器装置的电机的被提高的驱动功率得到补偿。
在首先被操纵的变速器装置6的区域中的换挡过程结束之后,又可以经由变速器装置6将转矩从电机4输送给配属于现在在其中挂入了第二传动比的变速器装置6的车轮2。出于这个原因,其它的电机的驱动功率在控制器侧又被减小,以便进一步将设备1的总转矩调整到至少接近所要求的水平。
紧接着,在转向架的另外的变速器装置的区域中从第一传动比起朝着第二传动比的方向连续地执行所要求的传动比变换,其中,电机的驱动功率在之前所说明的范围内调整,以便能够在相继执行的换挡期间在期望的范围内调整设备1的总驱动力矩。在按本发明的方法的当前被详细说明的变型方案中,四个变速器装置6的所有的转换过程在时间上不重合地连续相继地执行。因此以简单的方式确保了,尤其在分别有牙嵌式换挡元件参与的牵引力中断的换挡期间能够将设备1的总驱动力矩引导或调整到所要求的水平。
此外可以实现的是,能够以依赖于能经由各车轮2传递的且在当前能传递的转矩而可变的方式对设备1的电机4进行操纵,使得例如在如下运行状态下,即,在转向架的一个或多个车轮2的区域中出现了打滑且在这个或这些车轮的区域中没有转矩支撑或仅能有降低的转矩支撑时,通过一个或多个分别配属于不打滑的车轮的电机的驱动功率的提高,将在设备1的区域中的总转矩基本上引导到所要求的水平或调整为这个水平。
当例如设备1的给分别布置在相对置的车辆侧L和R上且尤其彼此同轴地布置的输出轴3配属的两个电机4经由分别配属的控制器7和/或中央的控制器以如下方式来操纵而使得输出轴3在窄的弯道行驶期间以不同的转速被驱动时,借助设备1可以附加地实现轨道车辆的这种窄的弯道行驶。
此外,电机4可以以如下方式来操纵,使得能够执行其中一个变 速器装置6中的至少一个换挡元件11的同步,特别是牙嵌式换挡元件的同步。在此,电机4例如在换挡元件半部13、15彼此脱开时尤其以如下方式来操纵,即,将在能换挡的变速器装置6的换挡元件11的换挡元件半部13、15之间的转速差调整到小于预定值的值,特别是调整到接近零的转速差。为了获知换挡元件半部13、15的当前存在的转速差,尤其可以在输出轴3的区域中和/或在驱动轴5的区域中或在有待同步的轴的区域中设置转速传感器,其中,驱动轴5的转速必要时也可以直接通过电机4获知。
为了在构造有实施用于驱动四个车轮2的设备1的、包括转向架的轨道车辆的行驶期间减小对能转换的变速器装置6和电机4进行操纵的费用,尤其可以在中央的控制器中储存针对在设备1的一个变速器装置6的区域中或尤其在设备1的所有变速器装置6的区域中的换挡过程来说的预选策略。通过预选策略可以在公知的线路图中依赖于轨道车辆在线路图中的相应的位置预定优选在所有能换挡的变速器装置6中的各自的传动比级,其中,尤其设置多个传感器,以便获知轨道车辆在有待驶过的线路图上的当前的位置。
在图3中示出了备选地实施的设备22,该设备实施有两根分别与车轮23、24连接的输出轴25、26。在此涉及所谓的横向联接系统,在该系统中,两个分别配属于轨道车辆的相对置的侧L、R的车轮23、24能由惟一的驱动机27来驱动。也实施为电机27的驱动机经由驱动轴28与在此仅非常简化示出的变速器装置29共同作用,在该变速器装置中能够挂入两个传动比级。电机27的驱动力矩经由变速器装置29各一半地沿着输出轴25、26的方向传递。
变速器装置29具有至少一个换挡元件,借助换挡元件可以在变速器装置29中在不同的、特别是两个传动比级之间转换。为了操纵变速器装置29的换挡元件,设置有能被控制器30操纵的操纵装置,该控制器也被设置用于控制和/或调节电机27。
与图1和图2所示的设备1不同的是,在按图3的设备22中,通过变速器装置29的转换过程改变了在电机27的驱动轴28与两根输出轴25、26之间的传动比关系。
图4示出了另一个备选地实施的设备35。借助实施为电机36的驱动机也能驱动两根分别与车轮37、38连接的输出轴39、40,其中,设备35的车轮37、38布置在实施有设备35的轨道车辆的车辆侧L或R上,因而在此涉及所谓的纵向联接系统。
电机36经由驱动轴41与能在多个传动比级之间转换的且实施有至少一个换挡元件的变速器装置42共同作用,其中,电机36的驱动力矩在当前可以经由两根基本上沿轨道车辆的纵向延伸的中间轴43、44或补偿轴或铰链轴分别通过锥齿轮级传递给输出轴39、40。
为了在变速器装置42的区域中执行转换过程,也设置与操纵装置共同作用的控制器45,其中,换挡元件通过操纵装置的操纵能在闭合状态与打开状态之间切换。借助控制器45在当前也能操纵电机36。
除了变速器装置29或42外,在设备22、35中还可以设置至少一个带有恒定的传动比的另外的变速器装置,该另外的变速器装置布置在变速器装置29或42的驱动侧或变速器装置29或42的输出侧,并且可以配属于输出轴25和/或26或输出轴39和/或40。变速器装置29、42的实施方案以及在变速器装置29、42的区域中在不同的传动比级之间的转换也可以基本上以在图1和图2中说明的方式和方法来设置。
轨道车辆的转向架尤其可以具有设备22,该设备带有两个分别与能转换的变速器装置29共同作用的电机27,两个车轮23、24分别能由该电机来驱动。作为对此的备选,轨道车辆的转向架也可以具有设备35,该设备带有两个分别与能转换的变速器装置42共同作用的电机 36,两个配属于轨道车辆的车辆侧L、R的车轮37、38分别能由该电机来驱动。原则上能够以和设备1类似的方式操纵这样的设备22、35,从而利用设备22、35也能以所说明的方式执行转矩补偿和同步。此外,上文详细说明的针对变速器装置29、42的预选策略可以储存在各自的控制器30、45中。也能通过对各转向架的不同的车辆侧L、R的车轮的转速进行不同的调整实现驶过极窄的弯道。
附图标记列表
1 设备
2 车轮
3 输出轴
4 驱动机;电机
5 驱动轴
6 变速器装置
7 控制器
8 行星齿轮传动机构
9 齿圈
10 制动器
11 膜片式离合器
12 行星架
13 外膜片托架
14 太阳轮
15 内膜片托架
16 壳体
17 制动器
18 盘
19 操纵装置
22 设备
23 车轮
24 车轮
25 输出轴
26 输出轴
27 驱动机;电机
28 驱动轴
29 变速器装置
30 控制器
35 设备
36 驱动机;电机
37 车轮
38 车轮
39 输出轴
40 输出轴
41 驱动轴
42 变速器装置
43 中间轴
44 中间轴
45 控制器
F 行驶方向
L 左侧
R 右侧