Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antreiben wenigstens einer Abtriebswelle eines Schienenfahrzeugs mit einer Antriebsmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art und ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung gemäß der im Patentanspruch 1 1 näher definierten Art.

Zum Antreiben von in Niederflurbauweise ausgeführten Schienenfahrzeugen sind aus der Praxis verschiedene Konzepte bekannt, wobei zwischen Ausführungen bei denen jedem Rad eine Antriebsmaschine zugeordnet ist und Ausführungen bei denen mehrere Räder von einer einzigen Antriebsmaschine angetrieben werden, unterschieden wird. Die letztgenannten Ausführungen umfassen sowohl quergekoppelte als auch längsgekoppelte Systeme, wobei bei quergekoppelten Systemen zwei jeweils einer Achse zugeordnete Räder und bei längsgekoppelten Systemen zwei einer Seite des Schienenfahrzeugs und in Fahrzeuglängsrichtung benachbart zueinander angeordnete Räder von einer Antriebsmaschine angetrieben werden. Die Antriebsmaschinen wirken dabei jeweils über eine Getriebestufe mit der wenigstens einen Abtriebswelle zusammen. In der DE 47 49 73 A ist eine derartige Ausführung für einen Einzelradantrieb gezeigt.

Diese Antriebsmaschinen sind bei diesen Ausführungen jedoch nachteilhaf- terweise nur mit geringem Wirkungsgrad betreibbar, da die Antriebsmaschinen in den Hauptbetriebsbereichen von Schienenfahrzeugen nicht in ihren wirkungsgradoptimalen Betriebsbereichen betrieben werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Antreiben eines Schienenfahrzeugs zur Verfügung zu stellen, deren Antriebsmaschine mit hohem Wirkungsgrad betreibbar ist. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung mit wenigstens zwei Antriebsmaschinen zum Antreiben jeweils wenigstens einer Abtriebswelle zur Verfügung zu stellen, mit dem Umschaltvorgänge im Bereich von den Antriebs- maschinen zugeordneten Getriebeeinrichtungen in Bezug auf ein während eines Umschaltvorgangs übertragbares Drehmoment verbesserbar sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Antreiben wenigstens einer Abtriebswelle eines Schienenfahrzeugs mit einer Antriebsmaschine ist die wenigstens eine Abtriebswelle mit wenigstens einem Rad in Wirkverbindung bringbar und an- triebsseitig der wenigstens einen Abtriebswelle ist eine Getriebeeinrichtung angeordnet.

Erfindungsgemäß sind im Bereich der Getriebeeinrichtung wenigstens zwei Übersetzungen darstellbar.

Die Antriebsmaschine der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im Vergleich zu bekannten Ausführungen der Getriebeeinrichtung mit lediglich einer festen Übersetzung mit höherem Wirkungsgrad betreibbar. Dies wird durch die wenigstens zwei verschiedenen im Bereich der Getriebeeinrichtung darstellbaren bzw. einlegbaren Übersetzungen erreicht, da einerseits Anfahrvorgänge und andererseits Betriebsbereiche mit höheren Fahrgeschwindigkeiten mit einer nahe ihres optimalen Betriebsbereiches betriebenen Antriebsmaschine realisierbar sind. Hierdurch sind die Betriebskosten vorteilhafterweise mit geringem Aufwand im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen reduzierbar. Darüber hinaus ist jeweils ein durch die elektrische Maschine zur Verfügung zu stellendes Antriebsmoment durch die variierbare Übersetzung der Getriebeeinrichtung vorteilhafterweise durch eine im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen kleiner dimensionierte und somit kostengünstiger ausgeführte Antriebsmaschine bereitstellbar.

Ist die Antriebsmaschine der erfindungsgemäßen Vorrichtung in etwa wie die Antriebsmaschinen von aus der Praxis bekannten Vorrichtungen dimensioniert, ist in Abhängigkeit der jeweils ausgewählten Übersetzungsstufe der Getriebevorrichtung in bestimmten Betriebszuständen eines Schienenfahrzeuges ein größeres Zugkraftan- gebot bereitstellbar. Hierdurch können beispielsweise größere Beschleunigungen mit der Antriebsmaschine erzielt werden oder es ist beispielsweise eine Anzahl von angetriebenen Abtriebswellen eines Drehgestells eines mit der Vorrichtung ausgeführten Schienenfahrzeugs gegenüber bekannten Ausführungen reduzierbar.

Die Getriebeeinrichtung kann mit zwei, drei, vier oder auch mehr Übersetzungsstufen ausgeführt sein, wobei eine Übersetzungsstufe der Getriebeeinrichtung, die den größten Fahranteil hat, vorzugsweise als Direktgang ausgeführt ist.

Die Abtriebswelle kann insbesondere mit einem einzigen Rad koppelbar sein, so dass ein so genannter Einzelradantrieb vorliegt. Alternativ hierzu kann die Abtriebswelle beidseits mit jeweils einem Rad wirkverbindbar sein, so dass von der Antriebsmaschine eine von der Abtriebswelle gebildete Achse antreibbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, vorzugsweise eines so genannten quergekoppelten Systems, sind über die Antriebsmaschine zwei jeweils mit einem Rad wirkverbindbare Abtriebswellen antreibbar, wobei die Abtriebswellen bezüglich einer Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs verschiedenen Seiten des Schienenfahrzeuges zugeordnet sind und insbesondere im Wesentlichen koaxial zueinander angeordnet sind. Die jeweils eine Radwelle bildenden Abtriebswellen können hierbei insbesondere direkt oder über weitere Getriebeeinrichtungen mit der zur Einstellung verschiedener Übersetzungsstufen ausgeführten Getriebeeinrichtung gekoppelt sein.

Neben der umschaltbaren Getriebeeinrichtung kann im Bereich der Abtriebswellen ein Differential vorgesehen sein, welches insbesondere im Bereich der umschaltbaren Getriebeeinrichtung angeordnet ist.

Darüber hinaus ist mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung neben einem Antrieb quergekoppelter Systeme auch der Antrieb längsgekoppelter Systeme darstellbar. Dann sind mit der Antriebsmaschine zwei jeweils mit einem Rad wirkverbindbare Abtriebswellen antreibbar, wobei die Abtriebswellen bezüglich einer Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs in Längsrichtung zueinander versetzt auf einer Seite des Schienenfahrzeugs benachbart und im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Die insbesondere direkt mit den Rädern verbindbaren Abtriebswellen bzw.

Radwellen sind hierbei vorzugsweise über wenigstens eine in Längsrichtung des Schienenfahrzeugs angeordnete Welle miteinander gekoppelt, wobei die umschaltbare Getriebeeinrichtung beispielsweise im Bereich dieser Welle bzw. Wellen angeordnet ist.

Bei einer konstruktiv einfachen Ausführung der Vorrichtung ist die Getriebeeinrichtung mit wenigstens einem Planetengetriebe bzw. Planetenradsatz ausgeführt, wobei das Planetengetriebe beispielsweise als Minusplanetengetriebe oder als Plus- planentengetriebe ausgeführt sein kann. Insbesondere ist eine Übersetzungsstufe, die während eines Fahrbetriebes eines Schienenfahrzeuges den häufigsten Fahranteil hat, als Direktgang ausgeführt. Alternativ zu der Ausführung mit einem Planetengetriebe kann die Getriebeeinrichtung beispielsweise mehrere Stirnradstufen oder Kegelradstufen umfassen. Zur Umschaltung der Getriebeeinrichtung zwischen verschiedenen Übersetzungsstufen ist vorzugsweise wenigstens ein von einer Betätigungseinrichtung betätigbares Schaltelement vorgesehen.

Eine Umschaltung der Getriebeeinrichtung zwischen den wenigstens zwei Übersetzungsstufen kann bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung mithilfe wenigstens eines unter Last schaltbaren Schaltelementes erfolgen, wobei das Schaltelement insbesondere als reibschlüssiges Schaltelement, beispielsweise als Lamellenkupplung, ausgeführt ist.

Alternativ oder zusätzlich hierzu kann zur Umschaltung der Getriebeeinrichtung zwischen den wenigstens zwei Übersetzungsstufen auch wenigstens ein Klauenschaltelement vorgesehen sein, wobei ein Umschaltvorgang in einer derartigen Getriebeeinrichtung mit einer Zugkraftunterbrechung einhergeht.

Um eine vorliegende Übersetzung zwischen der Antriebswelle der Antriebsmaschine und der jeweiligen Abtriebswelle in vorteilhafter Weise an die Leistungsparameter der Antriebsmaschine anpassen zu können, ist bei einer vorteilhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung antriebs- und/oder abtriebsseitig der Getriebeeinrichtung eine weitere mit einer festen Übersetzung ausgeführte Getriebeeinrichtung vorgesehen. Die weitere Getriebeeinrichtung kann beispielsweise mit wenigstens einer Stirnradstufe, wenigstens einem Planetengetriebe oder wenigstens einer Kegelradstufe ausgeführt sein.

Zur Durchführung eines möglichst verschleißfreien Umschaltvorgangs, insbesondere einer zugkraftunterbrochen umschaltbaren Getriebeeinrichtung zwischen verschiedenen Übersetzungsstufen, ist bei einer vorteilhaften Ausführung der Vorrichtung wenigstens ein Drehzahlsensor zur Ermittlung einer Drehzahl von Schaltelementhälften des Schaltelements der Getriebeeinrichtung vorgesehen, wobei der wenigstens eine Drehzahlsensor im Bereich einer Abtriebswelle und/oder im Bereich einer von der Antriebsmaschine angetriebenen Antriebswelle vorgesehen sein kann. Der wenigstens eine Drehzahlsensor ist vorzugsweise mit wenigstens einem Steuergerät wirkverbunden, so dass die Antriebsmaschine in Abhängigkeit der ermittelten Drehzahlen von wenigstens einem Steuergerät betätigbar ist.

Die Antriebsmaschine ist bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung als hydraulische Maschine oder als elektrische Maschine, beispielsweise als Asynchronmaschine oder als permanetmagneterregte Maschine, ausgebildet.

Bei einer vorteilhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind wenigstens zwei jeweils von einer Antriebsmaschine antreibbare und in Wirkverbindung mit einem Rad bringbare Abtriebswellen vorgesehen, wobei antriebsseitig jeder Abtriebswelle eine Getriebeeinrichtung zur Darstellung von wenigstens zwei unterschiedlichen Übersetzungsstufen angeordnet ist. Hierdurch kann insbesondere im Bereich jeder angetriebenen Achse bzw. Abtriebswelle eines Drehgestells eines Schienenfahrzeugs eine jeweils gewünschte Übersetzungsstufe eingestellt und eine entsprechend optimiert ausgeführte Antriebsmaschine eingesetzt werden.

Um eine für jeden Fahrzustand vorteilhafte Drehmomenteinleitung in Abtriebswellen der Vorrichtung vorsehen zu können, ist bei einer vorteilhaften Ausführung einer Vorrichtung nach der Erfindung wenigstens ein Steuergerät vorgesehen, das oder die zur separaten Betätigung der Antriebsmaschinen verschiedener Achsen ausgebildet ist bzw. sind. Es wird weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung beschrieben, bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, dass verschiedene schaltbare Getriebeeinrichtungen, denen jeweils wenigstens eine mit einem Rad wirkverbindbare Abtriebswelle zugeordnet ist, derart betätigt werden, dass ein Umschaltvorgang im Bereich einer Getriebeeinrichtung zwischen verschiedenen Übersetzungsstufen zumindest teilweise zeitlich versetzt zu einem Umschaltvorgang einer weiteren Getriebeeinrichtung zwischen verschiedenen Übersetzungsstufen durchgeführt wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein Umschaltvorgang verschiedener Getriebeeinrichtungen hinsichtlich des von sämtlichen Abtriebswellen der Vorrichtung während des Umschaltvorgangs übertragenen Drehmoments optimiert durchführbar, da durch die zumindest teilweise zeitlich zueinander versetzten Umschaltvorgänge verschiedener Getriebeeinrichtungen ein insgesamt über alle Antriebswellen übertragbares Drehmoment während eines Umschaltvorganges im Bereich einer Getriebevorrichtung nicht in unerwünschtem Umfang reduziert wird und ein ausreichendes Drehmoment übertragen werden kann. Die Umschaltvorgänge verschiedener Getriebeeinrichtungen können zeitlich vollständig voneinander entkoppelt sein. So besteht die Möglichkeit, dass ein Umschaltvorgang einer Getriebeeinrichtung nur dann durchgeführt wird, wenn aktuell im Bereich der weiteren Getriebeeinrichtung bzw. im Bereich der weiteren Getriebeeinrichtungen keine weiteren Umschaltvorgänge aktiv sind. Sämtliche Umschaltvorgänge von Getriebeeinrichtungen der Vorrichtung sind entsprechend sequentiell zueinander durchführbar, wobei je nach Betriebszustand auch eine zumindest teilweise zeitliche Überschneidung von Umschaltvorgängen im Bereich von verschiedenen Getriebeeinrichtungen vorgesehen sein kann.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorgesehen, dass den jeweiligen Abtriebswellen zugeordnete Antriebsmaschinen derart betätigt werden, dass während der Durchführung eines Schaltvorgangs einer schaltbaren Getriebeeinrichtung ein Drehmoment, das von wenigstens einer, einer anderen Getriebeeinrichtung zugeordneten Antriebsmaschine übertragen wird, erhöht wird. Eine Summe eines von verschiedenen Antriebsmaschinen auf mehrere Abtriebswellen übertragenen Drehmoments ist hierbei während der Durchführung eines Umschaltvorgangs einer Getriebeeinrichtung durch eine Erhöhung wenigstens eines auf eine andere Abtriebswelle übertragenen Drehmoments insbesondere teilweise ausgleichbar und vorzugsweise konstant haltbar.

Hierzu kann es während eines Betriebszustandsverlaufes, während dem eine Abtriebswelle aufgrund eines aktuell ablaufenden Umschaltvorgangs im Bereich einer zugeordneten Getriebeeinrichtung nicht oder nur mit einem reduzierten Drehmoment beaufschlagt wird, vorgesehen sein, dass andere Antriebsmaschinen eines Schienenfahrzeuges, die weiteren Abtriebswellen zugeordnet sind, entsprechend betätigt werden, um das gewünschte Antriebsmoment eines Schienenfahrzeuges zur Verfügung stellen zu können. Wenn der Umschaltvorgang der Getriebeeinrichtung abgeschlossen ist, kann entsprechend das von den jeweils anderen Antriebsmaschinen auf die zugeordneten Abtriebswellen erhöhte Drehmoment wiederum in gewünschtem Umfang reduziert werden.

In analoger Weise können den jeweiligen Abtriebswellen zugeordnete Antriebswellen derart betätigt werden, dass auch bei einem kurzfristigen Abfall eines im Bereich einer Abtriebswelle übertragbaren Drehmoments, beispielsweise wenn das der entsprechenden Abtriebswelle zugeordnete Rad durchdreht bzw. schlupft, das Drehmoment, das von wenigstens einer, einer anderen Getriebeeinrichtung zugeordneten Antriebsmaschine übertragen wird, erhöht wird und eine Summe eines von sämtlichen Antriebsmaschinen auf mehrere Abtriebswellen eines Schienenfahrzeuges übertragenen Drehmoments in diesem Betriebszustand insbesondere im Wesentlichen konstant gehalten wird.

Mit einem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Drehzahlausgleich zwischen Abtriebswellen einer Achse durchgeführt werden, wenn wenigstens zwei Antriebsmaschinen, die zum Antrieb von zwei unterschiedlichen Seiten des Schienenfahrzeugs zugeordneten und insbesondere im Wesentlichen koaxial zueinander angeordneten Abtriebswellen vorgesehen sind, derart betätigt werden, dass die von der jeweiligen Antriebsmaschine angetriebenen und jeweils mit einem Rad in Wirkverbindung bringbaren Abtriebswellen betriebszustandsabhängig mit unterschiedlichen Drehzahlen angetrieben werden. Hierdurch kann über die Antriebsmaschinen die Funktion eines herkömmlichen Achsdifferentials zur Verfügung gestellt und ein verschleißarmes oder verschleißfreies Durchfahren von engen Kurven ermöglicht werden.

Um auf einfache Weise vor dem Betätigen eines Schaltelementes eine Synchronisierung im Bereich des Schaltelements einer umschaltbaren Getriebeeinrichtung, beispielsweise eines formschlüssigen Schaltelementes, durchführen zu können, kann die wenigstens einer Abtriebswelle zugeordnete Antriebsmaschine bei Vorliegen einer Differenzdrehzahl zwischen den Schaltelementhälften des Schaltelements derart betätigt werden, dass die Differenzdrehzahl im Bereich des Schaltelementes auf einen Wert kleiner als ein vorgegebener Wert, eingestellt wird, zu dem das Schaltelement sicher aus seinem geöffneten Betriebszustand in seinen geschlossenen Betriebszustand überführbar ist. Des Weiteren ist eine, einem Schließvorgang vorgehende Synchronisierung auch bei einem reibschlüssigen Schaltelement vorteilhaft, da das reibschlüssige Schaltelement im Wesentlichen belastungsfrei und ohne Verluste zuschaltbar ist.

Insbesondere bei mit wenigstens einem Klauenschaltelement ausgeführten schaltbaren Getriebeeinrichtungen kann es hierbei vorgesehen sein, dass ausgehend von einem geschlossenen Zustand des Klauenschaltelements von der Antriebsmaschine zunächst kein Drehmoment über eine Antriebswelle der Antriebsmaschine übertragen wird und die Antriebswelle gegebenenfalls kurzzeitig in entgegengesetzter Richtung gedreht wird, um eine Entkopplung der Schaltelementhälften durchführen zu können. Vor einer Überführung des Schaltelements von einem entkoppelten Zustand in einen gekoppelten Zustand der Schaltelementhälften kann mittels der Antriebsmaschine eine Drehzahl der mit der Antriebswelle wirkverbundenen Schaltelementhälfte im Wesentlichen auf die Drehzahl der anderen mit der Antriebsmaschine in Wirkverbindung stehenden Schaltelementhälfte eingestellt werden, so dass das Klauenschaltelement anschließend auf einfache Weise in den geschlossenen Zustand überführt werden kann.

Bei einer vorteilhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass in dem wenigstens einen Steuergerät eine Vorwahlstrategie für Schaltvorgänge wenigstens einer Getriebeeinrichtung hinterlegt ist. Über die Vorwahlstrategie wird insbesondere eine an Rahmenbedingungen gebundene Betäti- gungsabfolge für die wenigstens eine umschaltbare Getriebeeinrichtung vorgegeben. Auf diese Weise kann für ein bekanntes Streckenprofil auf einfache Weise mit reduziertem Betätigungsaufwand eine jeweils gewünschte Übersetzungsstufe insbesondere für sämtliche schaltbare Getriebeeinrichtungen eingestellt werden. Beispielsweise bei einem von einer Haltestelle ausgehenden abfallenden Streckenprofil kann ein Anfahren im Gegensatz zum Normalfall in einer Gangstufe mit niedriger Übersetzung vorgesehen werden.

Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildung des Gegenstandes nach der Erfindung keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Patentansprüchen und den nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Prinzipskizze einer Vorrichtung eines Schienenfahrzeugs zum Antreiben einer mit einem Rad gekoppelten Abtriebswelle mit einer Antriebsmaschine, wobei antriebsseitig der Abtriebswelle eine umschaltbare Getriebeeinrichtung angeordnet ist;

Fig. 2 eine vereinfacht gezeigte konstruktive Ausgestaltung der Vorrichtung der Fig. 1 mit einer umschaltbaren Getriebeeinrichtung mit einem Planetengetriebe und einer Lamellenkupplung;

Fig. 3 eine Prinzipskizze einer alternativ ausgeführten Vorrichtung eines

Schienenfahrzeugs, bei der von einer Antriebsmaschine zwei jeweils mit einem Rad verbundene und im Wesentlichen koaxial zueinander angeordnete Abtriebswellen unter Zwischenschaltung einer Getriebeeinrichtung antreibbar sind; und

Fig. 4 eine Prinzipskizze einer weiteren alternativ ausgeführten Vorrichtung eines Schienenfahrzeugs, bei der von einer Antriebsmaschine zwei bezüglich einer Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs in Längsrichtung zueinander versetzt angeordnete, jeweils mit einem Rad verbundene Abtriebswellen antreibbar sind.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 eines insbesondere vollständig in Niederflurbauweise ausgeführten Schienenfahrzeugs gezeigt, mit der eine mit einem Rad 2 verbundene Abtriebswelle 3 mittels einer hier als elektrische Maschine 4 ausgeführten Antriebsmaschine antreibbar ist. Die elektrische Maschine 4 ist über eine Antriebswelle 5 mit einer vorliegend zwischen zwei verschiedenen Übersetzungsstufen umschaltbaren Getriebeeinrichtung 6 verbunden, die abtriebsseitig mit der Abtriebswelle 3 gekoppelt ist. Die elektrische Maschine 4 und die Getriebeeinrichtung 6 sind vorzugsweise koaxial zu dem Rad 2 angeordnet, können bei alternativen Ausführungen aber auch über einen Achs- oder Winkelversatz zueinander angeordnet sein.

Zur Umschaltung der Getriebeeinrichtung 6 zwischen den verschiedenen Übersetzungsstufen ist hier ein die Getriebeeinrichtung 6 betätigendes dezentrales Steuergerät 7 vorgesehen, mittels welchem vorliegend auch die elektrische Maschine 4, die mit einem Umrichter ausgeführt ist, betätigbar ist.

In Fig. 2 ist die Vorrichtung 1 der Fig. 1 näher ersichtlich. Die Getriebeeinrichtung 6 ist hier mit einem von der elektrischen Maschine 4 antreibbaren Minus- Planetengetriebe 8 ausgeführt, das abtriebsseitig mit der Abtriebswelle 3 verbunden ist. Zur Umschaltung zwischen zwei Übersetzungsstufen wirkt das Planetengetriebe 8 mit einer mit einem Hohlrad 9 gekoppelten Bremse 10 und einem antriebsseitig des Planetengetriebes 8 angeordneten, als Lamellenkupplung 1 1 ausgeführten Schaltelement zusammen. Ein Planetenträger 12 des Planetengetriebes 8 ist hierbei mit einem Außenlamellenträger 13 der Lamellenkupplung 1 1 und ein Sonnenrad 14 des Planetengetriebes 8 ist mit einem Innenlamellenträger 15 der Lamellenkupplung 1 1 jeweils drehfest verbunden.

Zur Betätigung der Lamellenkupplung 1 1 ist eine von dem Steuergerät 7 betreibbare Betätigungseinrichtung 19 vorgesehen. Die Betätigungseinrichtung 19 ist beispielsweise mit einem von einem Stellmotor antreibbaren Kugel-Rampe-System ausgeführt, kann aber prinzipiell beliebig ausgeführt sein und beispielsweise elektrisch, pneumatisch, hydraulisch und/oder mechanisch betätigbar sein.

Mit dem Planetengetriebe 8 sind zwei Übersetzungsstufen einstellbar, wobei eine hohe Übersetzung bzw. ein erster Gang eingelegt ist, wenn die ebenfalls von dem Steuergerät 7 betätigbare Bremse 10 geschlossen und das Hohlrad 9 hierdurch drehfest gegenüber einem Gehäuse 1 6 festgelegt ist und die Lamellenkupplung 1 1 in geöffnetem Betriebszustand vorliegt, zu dem der Außenlamellenträger 13 drehbar mit dem Innenlamellenträger 15 gekoppelt ist. Eine niedrige Übersetzung bzw. ein zweiter Gang ist dann in der Getriebeeinrichtung 6 eingelegt, wenn die Bremse 10 offen ist und das Hohlrad 9 drehbar gegenüber dem Gehäuse 1 6 ist, während die Lamellenkupplung 1 1 geschlossen ist und der Außenlamellenträger 13 drehfest mit dem Innenlamellenträger 15 verbunden ist.

Um sowohl bei in der Getriebeeinrichtung 6 eingelegter erster Übersetzung als auch bei eingelegter zweiter Übersetzung eine gewünschte Gesamtübersetzung darstellen zu können, ist es bei einer alternativen Ausführung der Vorrichtung vorgesehen, dass antriebsseitig und/oder abtriebsseitig der Getriebeeinrichtung wenigstens eine weitere Getriebeeinrichtung mit einer festen oder einer variierbaren Übersetzung angeordnet ist.

Darüber hinaus ist eine zur Verzögerung der Abtriebswelle 3 vorgesehene Bremse 17 vorhanden, die eine drehfest mit der Abtriebswelle 3 verbundene Scheibe 18 umfasst. Prinzipiell ist die Bremse 17 beliebig ausführbar und abweichend von der Darstellung gemäß Fig. 2 in Abhängigkeit des aktuell zur Verfügung stehenden Bauraumes auch an anderer Stelle positionierbar und gegebenenfalls mit anderen Bauteilen zu einem Modul zusammenfassbar. Dabei sind jeweils ein Rad 2, die dem Rad 2 zugeordnete Getriebeeinrichtung 6 und die dazugehörige elektrische Maschine 4 mit dem Umrichter jeweils als separate Einheiten ausführbar oder als ein einziges Modul oder in beliebigem Umfang in mehreren kleineren Modulen zusammenfassbar, wobei die Elemente in den Modulen zumindest teilweise funktionsintegriert sein können. So kann es beispielsweise vorgehen sein, dass die Getriebeeinrichtung 6 in das Rad 2 integriert ist, oder dass die elektrische Maschine 4 und die Getriebeeinrichtung 6 eine bauliche Einheit bilden. Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, dass für jede der elektrischen Maschinen 4 ein separater Umrichter vorgesehen ist, oder dass ein zentraler Umrichter vorgesehen ist, über den mehrere elektrische Maschinen 4 geregelt betreibbar sind.

Um sämtliche Räder 2 eines Drehgestells eines Schienenfahrzeugs mit der Vorrichtung 1 antreiben zu können, weist die Vorrichtung 1 insbesondere drei weitere nicht näher gezeigte und jeweils mit einem weiteren Rad verbundene Abtriebswellen auf, wobei in Fahrtrichtung F des Schienenfahrzeugs sowohl einer linken Fahrzeugseite L als auch einer rechten Fahrzeugseite R insbesondere jeweils zwei Räder zugeordnet sind. Den weiteren drei Abtriebswellen sind wie der Abtriebswelle 3 jeweils eine elektrische Maschine, eine umschaltbare Getriebeeinrichtung und ein dezentrales Steuergerät zugeordnet. Dabei besteht die Möglichkeit, dass die dezentralen Steuergeräte 7 in nicht näher gezeigter Weise jeweils mit einem zentralen Steuergerät wirkverbunden sind.

Im Betrieb des Schienenfahrzeuges werden die umschaltbaren Getriebeeinrichtungen 6 der Vorrichtung 1 von dem zentralen Steuergerät und den dezentralen Steuergeräten 7 wie folgt betätigt, um im Bereich der Vorrichtung 1 ein angefordertes Gesamtantriebsmoment wenigstens annähernd und im Wesentlichen ohne Zugkraftunterbrechung zur Verfügung stellen zu können.

Ausgehend von einem Betriebszustand der Vorrichtung 1 , zu dem im Bereich der Getriebeeinrichtungen 6 jeweils die erste Übersetzung eingelegt ist, wird bei Vorliegen einer Anforderung zum Einlegen der zweiten Übersetzung im Bereich der Getriebeeinrichtungen 6 zunächst der Umschaltvorgang im Bereich einer der Getriebeeinrichtungen 6 durchgeführt, während im Bereich der weiteren Getriebeeinrichtungen 6 kein Übersetzungswechsel stattfindet und nach wie vor die erste Überset- zung eingelegt ist. Damit ist über die weiteren Getriebeeinrichtungen 6 jeweils ein im Bereich der zugeordneten Antriebsmaschinen zur Verfügung gestelltes Drehmoment in entsprechend gewandelter Form im Bereich der wiederum zugeordneten Räder anlegbar.

Um das angeforderte Gesamtdrehmoment während des Schaltvorgangs im Bereich der einen Getriebeeinrichtung im Bereich der Räder 2 der Vorrichtung 1 möglichst konstant halten zu können, werden die elektrischen Maschinen 4 von den Steuergeräten 7 derart betätigt, dass eine im Bereich der aktuell schaltenden Getriebeeinrichtung 6 vorliegende Zugkraftunterbrechung durch eine erhöhte Antriebsleistung der den aktuell nicht betätigten Getriebeeinrichtungen zugeordneten elektrischen Maschinen ausgeglichen wird.

Nach Abschluss des Schaltvorganges im Bereich der zuerst betätigten Getriebeeinrichtung 6 ist dem der Getriebeeinrichtung 6, in der nun die zweite Übersetzung eingelegt ist, zugeordneten Rad 2 über die Getriebeeinrichtung 6 von der elektrischen Maschine 4 wieder ein Drehmoment zuführbar. Aus diesem Grund werden die Antriebsleistungen der anderen elektrischen Maschinen steuergerätseitig wieder reduziert, um das Gesamtdrehmoment der Vorrichtung 1 weiterhin wenigstens annähernd auf das angeforderte Niveau einzustellen.

Anschließend werden sukzessive im Bereich der weiteren Getriebeeinrichtungen des Drehgestells die angeforderten Übersetzungswechsel ausgehend von der ersten Übersetzung in Richtung der zweiten Übersetzung durchgeführt, wobei die Antriebsleistungen der elektrischen Maschinen in vorbeschriebenem Umfang eingestellt werden, um das Gesamtantriebsmoment der Vorrichtung 1 während der nacheinander durchgeführten Schaltungen in gewünschtem Umfang einstellen zu können. Sämtliche Umschaltvorgänge der vier Getriebeeinrichtungen 6 werden bei der vorliegend näher beschriebenen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne zeitliche Überschneidung sequentiell nacheinander durchgeführt. Damit ist auf einfache Art und Weise gewährleistet, dass insbesondere während zugkraftunterbrochener Schaltungen, an der jeweils ein Klauenschaltelement beteiligt ist, das Gesamtantriebsmoment der Vorrichtung 1 auf ein angefordertes Niveau führbar bzw. einstellbar ist. Weiterhin ermöglicht die in Abhängigkeit der über die jeweiligen Rädern 2 übertragbaren und aktuell übertragenen Drehmomente variierbare Betätigung der elektrischen Maschinen 4 der Vorrichtung 1 , dass beispielsweise in einem Betriebszustand, in dem im Bereich eines oder mehrerer Räder 2 des Drehgestells Schlupf auftritt und im Bereich dieses Rades oder dieser Räder kein oder nur ein reduziertes Drehmoment abstützbar ist, ein Gesamtdrehmoment im Bereich der Vorrichtung 1 durch eine Erhöhung der Antriebsleistung einer oder mehrerer elektrischer Maschinen, die jeweils nicht schlupfenden Rädern zugeordnet sind, im Wesentlichen auf das angeforderte Niveau zu führen bzw. dieses Niveau einzustellen.

Zusätzlich sind enge Kurvenfahrten von Schienenfahrzeugen mittels der Vorrichtung 1 möglich, wenn beispielsweise zwei elektrische Maschinen 4 der Vorrichtung 1 , die jeweils auf gegenüberliegenden Fahrzeugseiten L und R und insbesondere koaxial zueinander angeordneten Abtriebswellen 3 zugeordnet sind, über die jeweils zugeordneten Steuergeräte 7 und/oder dem zentralen Steuergerät derart betätigt werden, dass die Abtriebswellen 3 während einer solchen Kurvenfahrt mit unterschiedlicher Drehzahl angetrieben werden.

Die elektrischen Maschinen 4 können zudem derart betätigt werden, dass eine Synchronisierung wenigstens eines Schaltelements 1 1 einer der Getriebeeinrichtungen 6, insbesondere eines Klauenschaltelements, durchführbar ist. Hierbei wird beispielsweise die elektrische Maschine 4 bei voneinander entkoppelten Schaltelementhälften 13, 15 insbesondere derart betätigt, dass eine Drehzahldifferenz zwischen den Schaltelementhälften 13, 15 des Schaltelements 1 1 der schaltbaren Getriebeeinrichtung 6 auf einen Wert kleiner als ein vorgegebener Wert, insbesondere auf eine Differenzdrehzahl nahe Null, eingestellt wird. Zur Ermittlung der aktuell vorliegenden Differenzdrehzahl der Schaltelementhälften 13, 15 kann insbesondere im Bereich der Abtriebswelle 3 und/oder im Bereich der Antriebswelle 5 bzw. im Bereich einer zu synchronisierenden Welle ein Drehzahlsensor vorgesehen sein, wobei eine Drehzahl der Antriebswelle 5 gegebenenfalls auch direkt über die elektrische Maschine 4 ermittelt werden kann. Um einen Betätigungsaufwand der umschaltbaren Getriebeeinrichtungen 6 und der elektrischen Maschinen 4 während einer Fahrt eines ein Drehgestell umfassenden Schienenfahrzeugs, das mit einer zum Antrieb von vier Rädern 2 ausgeführten Vorrichtung 1 ausgebildet ist, zu reduzieren, kann insbesondere in dem zentralen Steuergerät eine Vorwahlstrategie für Schaltvorgänge im Bereich einer oder insbesondere im Bereich aller Getriebeeinrichtungen 6 der Vorrichtung 1 hinterlegt sein. Durch die Vorwahlstrategie kann bei bekannten Streckenprofilen in Abhängigkeit der jeweiligen Position des Schienenfahrzeugs in dem Streckenprofil die jeweilige Übersetzungsstufe vorzugsweise in allen schaltbaren Getriebeeinrichtungen 6 vorgegeben werden, wobei insbesondere Sensoren vorgesehen sind, um die aktuelle Position des Schienenfahrzeugs auf einem jeweils zu durchfahrenden Streckenprofil zu ermitteln.

In Fig. 3 ist eine alternativ ausgeführte Vorrichtung 22 gezeigt, die mit zwei jeweils mit einem Rad 23, 24 verbundenen Abtriebswellen 25, 26 ausgeführt ist. Es handelt sich hierbei um ein sogenanntes quergekoppeltes System, bei dem zwei jeweils gegenüberliegenden Seiten L, R des Schienenfahrzeugs zugeordnete Räder 23, 24 von einer einzigen Antriebsmaschine 27 antreibbar sind. Die wiederum als elektrische Maschine 27 ausgeführte Antriebsmaschine wirkt über eine Antriebswelle 28 mit einer hier lediglich stark schematisiert dargestellten Getriebeeinrichtung 29 zusammen, in der zwei Übersetzungsstufen einlegbar sind. Ein Antriebsmoment der elektrischen Maschine 27 wird über die Getriebeeinrichtung 29 hälftig in Richtung der Abtriebswellen 25, 26 weitergeleitet.

Die Getriebeeinrichtung 29 weist wenigstens ein Schaltelement auf, mittels welchem in der Getriebeeinrichtung 29 zwischen den verschiedenen, insbesondere zwei Übersetzungsstufen umgeschaltet werden kann. Zur Betätigung des Schaltelements der Getriebeeinrichtung 29 ist eine von einem Steuergerät 30 betätigbare Betätigungseinrichtung vorgesehen, das auch zum Steuern und/oder Regeln der elektrischen Maschine 27 vorgesehen ist.

Im Unterschied zu der in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Vorrichtung 1 wird bei der Vorrichtung 22 gemäß Fig. 3 durch einen Umschaltvorgang der Getriebeeinrichtung 29 ein Übersetzungsverhältnis zwischen der Antriebswelle 28 der elektrischen Maschine 27 und den zwei Abtriebswellen 25, 26 geändert.

Eine weitere alternativ ausgeführte Vorrichtung 35 zeigt Fig. 4. Mittels einer als elektrische Maschine 36 ausgeführten Antriebsmaschine sind wiederum zwei mit jeweils einem Rad 37, 38 verbundene Abtriebswellen 39, 40 antreibbar, wobei die Räder 37, 38 der Vorrichtung 35 auf einer Fahrzeugseite L bzw. R eines mit der Vorrichtung 35 ausgeführten Schienenfahrzeugs angeordnet sind, so dass es sich hierbei um ein so genanntes längsgekoppeltes System handelt.

Die elektrische Maschine 36 wirkt über eine Antriebswelle 41 mit einer zwischen mehreren Übersetzungsstufen umschaltbaren und mit wenigstens einem Schaltelement ausgeführten Getriebeeinrichtung 42 zusammen, wobei ein Antriebsmoment der elektrischen Maschine 36 vorliegend über zwei im Wesentlichen in Längsrichtung des Schienenfahrzeugs verlaufende Zwischenwellen 43, 44 bzw. Ausgleichs- oder Gelenkwellen jeweils über eine Kegelradstufe auf die Abtriebswellen 39, 40 übertragbar ist.

Zur Durchführung eines Umschaltvorgangs im Bereich der Getriebeeinrichtung 42 ist wiederum ein mit einer Betätigungseinrichtung zusammenwirkendes Steuergerät 45 vorgesehen, wobei das Schaltelement durch eine Betätigung der Betätigungseinrichtung zwischen einem geschlossenen und einem offenen Zustand verlagerbar ist. Mittels des Steuergeräts 45 ist vorliegend auch die elektrische Maschine 36 betätigbar.

Neben den Getriebeeinrichtungen 29 bzw. 42 kann bei den Vorrichtungen 22, 35 wenigstens eine weitere Getriebeeinrichtung mit einer konstanten Übersetzung vorgesehen sein, die antriebsseitig der Getriebeeinrichtung 29 bzw. 42 oder ab- triebsseitig der Getriebeeinrichtung 29 bzw. 42 angeordnet und der Abtriebswelle 25 und/oder 26 bzw. der Abtriebswelle 39 und/oder 40 zugeordnet sein kann. Eine Ausführung der Getriebeeinrichtungen 29, 42 und auch eine Umschaltung im Bereich der Getriebeeinrichtungen 29, 42 zwischen den verschiedenen Übersetzungsstufen kann im Wesentlichen in der zu Fig. 1 und Fig. 2 beschriebenen Art und Weise vorgesehen sein. Ein Drehgestell eines Schienenfahrzeugs kann insbesondere eine Vorrichtung 22 mit zwei jeweils mit einer umschaltbaren Getriebeeinrichtung 29 zusammenwirkenden elektrischen Maschinen 27 aufweisen, von denen jeweils zwei Räder 23, 24 antreibbar sind. Alternativ hierzu kann ein Drehgestell eines Schienenfahrzeugs auch eine Vorrichtung 35 mit zwei jeweils mit einer umschaltbaren Getriebeeinrichtung 42 zusammenwirkenden elektrischen Maschinen 36 aufweisen, von denen jeweils zwei einer Fahrzeugseite L, R des Schienenfahrzeugs zugeordnete Räder 37, 38 antreibbar sind. Derartige Vorrichtungen 22, 35 können im Prinzip in vergleichbarer Weise wie die Vorrichtung 1 betätigt werden, so dass auch mit den Vorrichtungen 22, 35 ein Drehmomentausgleich und eine Synchronisierung in der beschriebenen Weise durchgeführt werden kann. Zudem kann in dem jeweiligen Steuergerät 30, 45 eine oben näher beschriebene Vorwahlstrategie für die Getriebeeinrichtungen 29, 42 hinterlegt sein. Auch ist durch eine unterschiedliche Einstellung von Drehzahlen der Räder unterschiedlicher Fahrzeugseiten L, R des jeweiligen Drehgestells ein Durchfahren von sehr engen Kurven möglich.

Bezuqszeichen

Vorrichtung

Rad

Abtriebswelle

Antriebsmaschine; elektrische Maschine

Antriebswelle

Getriebeeinrichtung

Steuergerät

Planetengetriebe

Hohlrad

Bremse

Lamellenkupplung

Planetenträger

Au ßenlamellenträger

Sonnenrad

Innenlamellenträger

Gehäuse

Bremse

Scheibe

Betätigungseinrichtung

Vorrichtung

Rad

Rad

Abtriebswelle

Abtriebswelle

Antriebsmaschine; elektrische Maschine

Antriebswelle

Getriebeeinrichtung

Steuergerät

Vorrichtung

Antriebsmaschine; elektrische Maschine

Rad

Rad 39 Abtriebswelle 0 Abtriebswelle

41 Antriebswelle

42 Getriebeeinrichtung

43 Zwischenwelle

44 Zwischenwelle

45 Steuergerät F Fahrtrichtung L linke Seite

R rechte Seite