EP1209057A1 - Triebfahrzeug mit zumindest einem Drehgestell - Google Patents

Triebfahrzeug mit zumindest einem Drehgestell Download PDF

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EP1209057A1
EP1209057A1 EP01126972A EP01126972A EP1209057A1 EP 1209057 A1 EP1209057 A1 EP 1209057A1 EP 01126972 A EP01126972 A EP 01126972A EP 01126972 A EP01126972 A EP 01126972A EP 1209057 A1 EP1209057 A1 EP 1209057A1
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EP
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bogie
traction
traction motors
motors
travel
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Withdrawn
Application number
EP01126972A
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English (en)
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Inventor
Ekkehard Dr. Pittius
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Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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    • 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
    • B61C9/38—Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion
    • B61C9/48—Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion with motors supported on vehicle frames and driving axles, e.g. axle or nose suspension
    • B61C9/50—Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion with motors supported on vehicle frames and driving axles, e.g. axle or nose suspension in bogies

Definitions

  • the invention relates to a locomotive with at least one Bogie with traction motors arranged transversely on a carrier.
  • EP 0 618 564 A1 describes a method with where the output sound is measured and via loudspeakers emits a sound wave in opposite phase. This system fights the noise emissions already issued, so that especially if this system does not work exactly Excessive noise and noise pollution occurs.
  • the object of the invention is therefore a bogie To create a locomotive that already has such noise emissions suppressed or avoided in advance.
  • the pendulum moments in the traction motors arise due to the Non-sinusoidal output voltages from the converter. she have a frequency range from a few 100 Hz to a few 1000 Hz. This frequency range is in the human Listening area and is therefore perceived as particularly annoying. Under a cross member of the bogie for the traction motors is among others the connection of the side members of the bogie understand that as a single carrier or from several parallel Individual carriers can be constructed.
  • one drive motor of a bogie has a control which is phase-shifted in relation to the other drive motor of this bogie.
  • There is thus an individual supply of the traction motors, with the same basic frequency f 1 and the same semiconductor switching pulse times but a temporal offset of the pulses by preferably ⁇ t 1/2 f 1 n or by an odd multiple thereof.
  • the attachment points are the traction motors on a carrier of the bogie arranged that they with respect to the direction of travel of the Locomotive are one behind the other. So that is the effectiveness the compensation of the momentary reaction forces according to the invention significantly increased since a cancellation of the noise-generating Forces already happen on the bogie beam.
  • the bogie 1 shows a basic representation of the supervision of a bogie 1 of a locomotive, not shown.
  • the bogie 1 has two side members 2 which guide two wheel sets 3.
  • Each wheel set 3 has two wheels 4 located thereon, the spacing of which depends on the track width of the respective locomotive.
  • the longitudinal beams 2 are connected by a beam 5.
  • This support 5 can also consist of several parallel supports 5 or a general fastening bracket between the longitudinal supports 2.
  • the respective traction motors 7 are fastened to the carrier 5 via fastening points 6.
  • the traction motors 7 drive the wheel sets 3 via respective gears 20.
  • the traction motors 7 are supplied with electrical power via converters (not shown).
  • the fastening points 6 of the respective traction motors 7 on the carrier 5 are arranged one behind the other in the direction of travel.
  • the traction motors 7 are operated with individual feed, ie there is one converter available in each case, which feeds the traction motor 7.
  • the semiconductor switches of the converter are switched with a sequence of pulses, not described in more detail, with a so-called pulse pattern.
  • both traction motors of a bogie have the same mean value of the torque, but one that must be compensated in opposite phases Pendulousity. It is therefore almost complete Cancellation of the pendulum moment forces to be compensated on Bogie so that the noise emissions are significantly reduced become.
  • the supply of the two traction motors 7 one The bogie is therefore preferably equipped with two converters operated.
  • a locomotive according to FIG 2 has two bogies 1, 1 ' on.
  • Each of the two traction motors on a bogie is turned on a converter A or B operated, so that one the above described effect can be achieved by driving motor 7.1 and traction motor 7.3 on converter A, and traction motor 7.2 and Traction motor 7.4 operates on converter B.
  • you can also implement phase-shifted control and achieve a suspension of a pendulum torque component without that each traction motor needs its own converter. In order to the noise emissions are significantly reduced.
  • FIG. 3 shows a side view of a bogie 1, which in particular with parallel beams 5 also to a noise reduction by driving the traction motors according to the invention 7 leads.
  • the traction motors 7 are not rigid, but rather attached to their respective supports 5 in a torsionally elastic manner. This happens e.g. B by spherical bearing 12, which is a rubber layer form small angular movements between two coaxial sleeves permit. Behaves in all other directions this bearing 12 like a rigid attachment. So that is it any drive motor 7 impossible moment reaction forces Initiate bogie 1. To absorb the momentary reaction forces the traction motors 7 with one another several rigid push-pull rods 13 connected. These poles 13 are not connected to the bogie 1 and can therefore also do not introduce any forces into the bogie 1.
  • Traction motors 7 are rigid on a common traction motor support 15 attached, which in turn is elastic with the bogie 1 connected is. This also applies to the control according to the invention the traction motors 7 a reduction in noise emissions reached.
  • the bogie 5 shows a further basic illustration of the Supervision of a bogie 1 of a not shown Drive vehicle.
  • the bogie 1 has two side members 2 on that lead two wheel sets 3.
  • Each wheel set 3 has two wheels 4 located thereon, the distance of which varies according to the Gauge of the respective locomotive.
  • the side members 2 are connected by a carrier 5.
  • This carrier 5 can also consist of several parallel beams 5 or a general Fastening bracket between the side members 2 exist.
  • On the carrier 5 are the respective via attachment points 6 Drive motors 7 attached.
  • the traction motors 7 drive the wheel sets 3 via respective gears 20.
  • the gears of the bogie of the respective wheel sets are in the direction of travel of the locomotive seen on the same side of the Traction motor 7.

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Abstract

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

Description

Die Erfindung betrifft ein Triebfahrzeug mit zumindest einem Drehgestell mit quer an einem Träger angeordneten Fahrmotoren.
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.
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.
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.
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.
Aufgabe der Erfindung ist es demnach, ein Drehgestell eines Triebfahrzeugs zu schaffen, das bereits derartige Schallemissionen im Vorfeld unterdrückt oder vermeidet.
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.
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.
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.
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= 1 / 2 f 1 n oder um ein ungeradzahliges Vielfaches davon.
n ist dabei die Ordnungszahl derjenigen Pendelmomentkomponente, dessen Reaktionskraft kompensiert werden soll (n·f1 = Frequenz der Pendelmomentkomponente).
Geringe Änderungen des Wertes reduzieren die Wirksamkeit der angestrebten Kräftekompensation.
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 fs 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 = 1 / 2 fs m oder ein ungeradzahliges Vielfaches davon.
Geringe Änderungen des Wertes reduzieren die Wirksamkeit der angestrebten Kräftekompensation.
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.
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.
Die Wirksamkeit der Momentenkompensation wird durch die konstruktiven Maßnahmen gemäß den weiteren Unteransprüchen zusätzlich erhöht.
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.
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 = 1 / 2 f 1·n oder um ein ungeradzahliges Vielfaches davon, wobei n die Ordnungszahl der zu kompensierenden Pendelmomentkomponente ist.
Im asynchronen Pulsbetrieb beträgt der zeitliche Versatz der Schaltimpulse vorzugsweise Δt = 1 / 2 fs m oder um ein ungeradzahliges Vielfaches davon, wobei fs die Schaltfrequenz des Stromrichters und m der Quotient aus der Frequenz der zu kompensierenden Pendelmomentkomponente und der Schaltfrequenz ist.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims (6)

  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.
EP01126972A 2000-11-17 2001-11-13 Triebfahrzeug mit zumindest einem Drehgestell Withdrawn EP1209057A1 (de)

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