Triebfahrzeug mit zumindest einem Drehgestell

Abstract

 Um eine Reduktion der Pendelmomentenreaktionskräfte zu erhalten und damit die Geräuschemissionen zu reduzieren, wird eine phasenverschobene Ansteuerung der Stromrichter der Fahrmotoren (7) vorgeschlagen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Triebfahrzeug mit zumindest einem Drehgestell mit quer an einem Träger angeordneten Fahrmotoren.

[0002] In einem Drehgestell eines Triebfahrzeugs werden die, insbesondere quer angeordneten, Fahrmotoren an einem oder zwei Mittelquerträgern positioniert. Die Drehmomentreaktionskräfte dieser beiden Motoren wirken dabei jeweils in die gleiche Richtung. Die Pendelmomentreaktionskräfte führen zu Schwingungen des Drehgestells mit teilweise erheblichen Luftschallemissionen.

[0003] Diese Geräusche beeinträchtigen unter anderem den Fahrkomfort. Es sind bereits viele Versuche unternommen worden, um die auftretenden Schwingungs- und Geräuschprobleme zu beherrschen. So ist es bekannt, dass Geräusch oder Schall bis zu einem beträchtlichen Ausmaß gedämpft werden kann, entsprechend der Wirkung von schwingungshemmenden oder Puffermaterialien wie ein Gummipolster, eine Abdämmung oder dergleichen. Diese Maßnahmen werden an geeigneten Stellen des Triebfahrzeugs eingesetzt. Diese umfassen Fahrmotorbefestigungen und Aufhängesysteme. Die schalldämpfenden bzw. schalldämmenden Wirkungen dieser schwingungshemmenden Materialien sind lediglich auf den individuellen schalldämpfenden oder isolierenden Eigenschaften begründet. Um weitere Schallreduzierungen zu erreichen, müssen die Eigenschaften individueller schwingungshemmender Materialien verbessert werden und/oder die Anzahl dieser Materialien vergrößert werden. Die erhaltenen schalldämmenden bzw. schalldämpfenden Wirkungen dieser schwingungshemmenden Materialien bleiben jedoch auf die Summe der Einzelwirkungen dieser Materialien beschränkt.

[0004] Ein weiterer Vorschlag diese Geräusche zu dämpfen besteht darin, die ausgesandten Schallwellen derartig zu modulieren, dass eine Phasendifferenz auftritt, die zu einer Löschung der Schallwelle führt.

[0005] So ist in der EP 0 618 564 A1 ein Verfahren beschrieben, mit dem der ausgegebene Schall gemessen wird und über Lautsprecher eine Schallwelle in Gegenphase ausgibt. Dieses System bekämpft aber die bereits ausgegebenen Schallemissionen, so dass insbesondere falls dieses System nicht exakt arbeitet eine überhöhte Lärm- und Schallbelästigung auftritt.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es demnach, ein Drehgestell eines Triebfahrzeugs zu schaffen, das bereits derartige Schallemissionen im Vorfeld unterdrückt oder vermeidet.

[0007] Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch eine Ansteuerung der Fahrmotoren eines Drehgestells, das folgende Merkmale aufweist:

• eine gerade Anzahl von zur Fahrtrichtung quer angeordneten Fahrmotoren,
• zumindest zwei Stromrichter zur elektrischen Speisung der Fahrmotoren und
• elektrische Mittel, die Pendelmomentreaktionskräfte der Fahrmotoren am Drehgestell kompensieren.

[0008] Die Pendelmomente in den Fahrmotoren entstehen aufgrund der nicht-sinusförmigen Ausgangsspannungen des Stromrichters. Sie weisen einen Frequenzbereich von wenigen 100 Hz bis zu einigen 1000 Hz auf. Dieser Frequenzbereich liegt im menschlichen Hörbereich und wird somit als besonders störend empfunden. Unter einem Querträger des Drehgestells für die Fahrmotoren ist u.a. die Verbindung der Längsträger des Drehgestells zu verstehen, der somit als Einzelträger oder aus mehreren parallelen Einzelträgern aufgebaut sein kann.

[0009] Durch die Kompensation der Momentenreaktionskräfte der Fahrmotoren am Drehgestell reduzieren sich die Auswirkungen der Pendelmomente. Die Geräuschemissionen werden damit wirkungsvoll unterdrückt. Es sind insbesondere die Pendelmomente störend, die in der Nähe einer mechanischen Eigenfrequenz des Drehgestells liegen.

[0010] Eine Kompensation dieser Kräfte wird insbesondere dadurch erreicht, dass jeweils ein Fahrmotor eines Drehgestells eine gegenüber dem anderen Fahrmotor dieses Drehgestells phasenversetzte Ansteuerung aufweist. Es findet somit eine Einzelspeisung der Fahrmotoren statt, mit einer gleichen Grundfrequenz f₁ und gleichen Halbleiter-Schaltimpuls-Zeitpunkten aber einem zeitlichen Versatz der Impulse um vorzugsweise Δt=

oder um ein ungeradzahliges Vielfaches davon.

[0011] n ist dabei die Ordnungszahl derjenigen Pendelmomentkomponente, dessen Reaktionskraft kompensiert werden soll (n·f₁ = Frequenz der Pendelmomentkomponente).

[0012] Geringe Änderungen des Wertes reduzieren die Wirksamkeit der angestrebten Kräftekompensation.

[0013] Dieser grundfrequenzabhängige Versatz der Impulse wird dann eingesetzt, wenn die Impulse synchron zur Grundfrequenz und zur Phasenlage der Grundschwingung der Stromrichter-Ausgangsspannung sind, im sogen. synchronen Pulsbetrieb. Wenn dieser Synchronismus nicht gegeben ist, werden die Stromrichter üblicherweise mit konstanter Schaltfrequenz f_s betrieben, dem sogen. asynchronen Pulsbetrieb. In dieser Betriebsweise entstehen Pendelmomente mit m-facher Schaltfrequenz. Zur weitest gehenden Kompensation der Reaktionskräfte der zu kompensierenden Komponente beträgt der zeitliche Versatz vorzugsweise Δt =

oder ein ungeradzahliges Vielfaches davon.

[0014] Geringe Änderungen des Wertes reduzieren die Wirksamkeit der angestrebten Kräftekompensation.

[0015] In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Befestigungspunkte der Fahrmotoren an einem Träger des Drehgestells derart angeordnet, dass sie bezüglich der Fahrtrichtung des Triebfahrzeugs hintereinander liegen. Damit wird die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Kompensation der Momentreaktionskräfte wesentlich erhöht, da eine Aufhebung der geräuschbildenden Kräfte bereits am Träger des Drehgestells geschieht.

[0016] Vorteilhafterweise erreicht man, wenn die Getriebe der Fahrmotoren eines Drehgestells auf der gleichen Seite liegen, dass die Aufhängungspunkte der Fahrmotoren an dem Träger unabhängig von der Länge der Fahrmotoren exakt hintereinander liegen und somit zur Momentenkompensation einfache Zug-Druckstangen einsetzbar sind.

[0017] Die Wirksamkeit der Momentenkompensation wird durch die konstruktiven Maßnahmen gemäß den weiteren Unteransprüchen zusätzlich erhöht.

[0018] Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

FIG 1

eine prinzipielle Darstellung eines Drehgestells in Aufsicht,

FIG 2

eine prinzipiell dargestellte Gruppenschaltung von jeweils zwei Fahrmotoren zweier Drehgestelle,

FIG 3

Seitenansicht eines Drehgestells und

FIG 4

eine weitere Seitenansicht eines Drehgestells,

FIG 5

eine prinzipielle Darstellung eines weiteren Drehgestells in Aufsicht.

[0019] FIG 1 zeigt in prinzipieller Darstellung die Aufsicht eines Drehgestells 1 eines nicht näher dargestellten Triebfahrzeugs. Das Drehgestell 1 weist zwei Längsträger 2 auf, die zwei Radsätze 3 führen. Jeder Radsatz 3 weist zwei darauf befindliche Räder 4 auf, deren Abstand sich nach der Spurweite des jeweiligen Triebfahrzeugs richtet. Die Längsträger 2 sind durch einen Träger 5 verbunden. Dieser Träger 5 kann auch aus mehreren parallelen Trägern 5 oder einer allgemeinen Befestigungskonsole zwischen den Längsträgern 2 bestehen. An dem Träger 5 sind über Befestigungspunkte 6 die jeweiligen Fahrmotoren 7 befestigt. Die Fahrmotoren 7 treiben die Radsätze 3 über jeweilige Getriebe 20 an. Die elektrische Speisung der Fahrmotoren 7 erfolgt über nicht näher dargestellte Stromrichter. Um die Reaktionskräfte der Drehmomente der Fahrmotoren 7 am Drehgestell 1 zu kompensieren, sind zum einen die Befestigungspunkte 6 der jeweiligen Fahrmotoren 7 am Träger 5 in Fahrtrichtung hintereinander angeordnet. Zusätzlich werden die Fahrmotoren 7 mit Einzelspeisung betrieben, d.h. es steht jeweils ein Stromrichter zur Verfügung, der den Fahrmotor 7 speist. Entsprechend der gewünschten Grundfrequenz f₁ und Spannung werden die Halbleiterschalter des Stromrichters mit einer nicht näher beschriebenen Folge von Impulsen, mit einem sogenannten Pulsmuster, geschaltet. Beide Fahrmotoren 7 eines Drehgestells 1 erhalten aus ihren jeweiligen Stromrichtern eine Spannung mit derselben Grundfrequenz, demselben Pulsmuster, aber einem zeitlichen Versatz der Schaltimpulse im synchronen Pulsbetrieb um vorzugsweise Δt =

oder um ein ungeradzahliges Vielfaches davon, wobei n die Ordnungszahl der zu kompensierenden Pendelmomentkomponente ist.

[0020] Im asynchronen Pulsbetrieb beträgt der zeitliche Versatz der Schaltimpulse vorzugsweise Δt =

oder um ein ungeradzahliges Vielfaches davon, wobei f_s die Schaltfrequenz des Stromrichters und m der Quotient aus der Frequenz der zu kompensierenden Pendelmomentkomponente und der Schaltfrequenz ist.

[0021] Durch den zeitlichen Versatz der Schaltimpulse entwickeln beide Fahrmotoren eines Drehgestells den gleichen Mittelwert des Drehmomentes, aber ein jeweils gegenphasiges zu kompensierendes Pendelmoment. Es erfolgt somit eine nahezu komplette Aufhebung der zu kompensierenden Pendelmomentenkräfte am Drehgestell, so dass die Geräuschemissionen erheblich reduziert werden. Die Speisung der beiden Fahrmotoren 7 eines Drehgestells wird somit vorzugsweise mit zwei Stromrichtern betrieben.

[0022] Ein Triebfahrzeug gemäß FIG 2 weist zwei Drehgestelle 1, 1' auf. Jeder der beiden Fahrmotoren eines Drehgestells wird an einem Stromrichter A oder B betrieben, so dass man den oben beschriebenen Effekt erzielen kann, indem man Fahrmotor 7.1 und Fahrmotor 7.3 an Stromrichter A, und Fahrmotor 7.2 und Fahrmotor 7.4 an Stromrichter B betreibt. Damit lässt sich ebenfalls eine phasenverschobene Ansteuerung realisieren und eine Aufhebung einer Pendelmomentkomponente erreichen, ohne dass jeder Fahrmotor einen eigenen Stromrichter benötigt. Damit werden die Geräuschemissionen erheblich reduziert.

[0023] FIG 3 zeigt in Seitenansicht ein Drehgestells 1, das insbesondere bei parallelen Trägern 5 ebenso zu einer Geräuschreduktion durch die erfindungsgemäße Ansteuerung der Fahrmotoren 7 führt. Die Fahrmotoren 7 sind dabei nicht starr, sondern drehelastisch an ihren jeweiligen Trägern 5 befestigt. Dies geschieht z. B durch Sphärolager 12, die eine Gummischicht zwischen zwei koaxialen Hülsen bilden um kleine Winkelbewegungen zuzulassen. In allen anderen Richtungen verhält sich dieses Lager 12 wie eine starre Befestigung. Damit ist es jedem Fahrmotor 7 unmöglich Momentreaktionskräfte ins Drehgestell 1 einzuleiten. Zur Aufnahme der Momentreaktionskräfte werden die Fahrmotoren 7 untereinander mit einer oder mehreren steifen Zug-Druckstangen 13 verbunden. Diese Stangen 13 sind nicht mit dem Drehgestell 1 verbunden und können somit auch keine Kräfte in das Drehgestell 1 einleiten.

[0024] FIG 4 zeigt eine Abwandlung der Ausführung nach FIG 3. Die Fahrmotoren 7 sind starr an einem gemeinsamen Fahrmotorträger 15 befestigt, der seinerseits mit dem Drehgestell 1 elastisch verbunden ist. Auch damit wird bei der erfindungsgemäßen Ansteuerung der Fahrmotoren 7 eine Reduktion der Geräuschemissionen erreicht.

[0025] FIG 5 zeigt in einer weiteren prinzipiellen Darstellung die Aufsicht eines Drehgestells 1 eines nicht näher dargestellten Triebfahrzeugs. Das Drehgestell 1 weist zwei Längsträger 2 auf, die zwei Radsätze 3 führen. Jeder Radsatz 3 weist zwei darauf befindliche Räder 4 auf, deren Abstand sich nach der Spurweite des jeweiligen Triebfahrzeugs richtet. Die Längsträger 2 sind durch einen Träger 5 verbunden. Dieser Träger 5 kann auch aus mehreren parallelen Trägern 5 oder einer allgemeinen Befestigungskonsole zwischen den Längsträgern 2 bestehen. An dem Träger 5 sind über Befestigungspunkte 6 die jeweiligen Fahrmotoren 7 befestigt. Die Fahrmotoren 7 treiben die Radsätze 3 über jeweilige Getriebe 20 an. Die Getriebe des Drehgestells der jeweiligen Radsätze liegen in Fahrtrichtung des Triebfahrzeugs gesehen auf der gleichen Seite des Fahrmotors 7. Somit wird erreicht, dass die Aufhängungspunkte beider Fahrmotore 7 unabhängig von der Länge der Fahrmotoren 7 in Fahrzeuglängsrichtung exakt hintereinander liegen und zur Momentenkompensation einfache Zug-Druckstangen eingesetzt werden können. Damit wird insbesondere gegenüber FIG 1 Bauraum eingespart, der vorteilhafterweise dem Fahrmotor 7 zugute kommen kann.

Ansprüche

1. Triebfahrzeug mit zumindest einem Drehgestell (1,1') das folgende Merkmale aufweist:

- eine gerade Anzahl von zur Fahrtrichtung quer an einem Träger (5) angeordneten Fahrmotoren (7),

- zumindest zwei Stromrichter zur elektrischen Speisung der Fahrmotoren (7),

- elektrische Mittel, die Pendelmomentreaktionskräfte der Fahrmotoren (7) am Drehgestell (1,1') kompensieren.

2. Triebfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Fahrmotor (7) eines Drehgestells (1) eine gegenüber dem anderen Fahrmotor (7) dieses Drehgestells (1') zeitlich versetzte Ansteuerung aufweist.

3. Triebfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungspunkte (6) der Fahrmotoren (7) an zumindest einem Träger (5) des Drehgestells (1,1') derart angeordnet sind, dass sie bezüglich der Fahrtrichtung des Triebfahrzeugs hintereinander liegen.

4. Triebfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Getriebe (20) der Fahrmotoren (7) in Fahrtrichtung des Triebfahrzeugs hintereinander liegen.

5. Triebfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrmotoren (7) drehelastisch an zumindest einem Träger (5) des Drehgestells (1,1') befestigt und untereinander mit Zug-Druckstangen (13) verbunden sind.

6. Triebfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrmotoren (7) an einem gemeinsamen Fahrmotorträger (15) befestigt sind, der seinerseits elastisch am Drehgestell (1,1') befestigt ist.

Zeichnung