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DE1513608A1 - Antriebsanordnung,insbesondere fuer ein Fahrzeug - Google Patents

Antriebsanordnung,insbesondere fuer ein Fahrzeug

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Publication number
DE1513608A1
DE1513608A1 DE19661513608 DE1513608A DE1513608A1 DE 1513608 A1 DE1513608 A1 DE 1513608A1 DE 19661513608 DE19661513608 DE 19661513608 DE 1513608 A DE1513608 A DE 1513608A DE 1513608 A1 DE1513608 A1 DE 1513608A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
drive arrangement
arrangement according
speed
frequency
inverter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19661513608
Other languages
English (en)
Inventor
Hans Reinbeck
Dorn Dr Walter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of DE1513608A1 publication Critical patent/DE1513608A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/08—Controlling based on slip frequency, e.g. adding slip frequency and speed proportional frequency
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    • B60K1/02—Arrangement or mounting of electrical propulsion units comprising more than one electric motor
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Description

P 15 15 608,0 (B 89 550 VIIIb/20 1) R. 8741
Bober« Bosch GmbH, Stuttgart 21.10.1968 Rb/Sz
Antriebsanordnung, insbesondere für ein Fahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung mit einer Wechselstromaschine, die an ein Wechselstromnetz einstellbarer Frequenz angeschlossen ist, insbesondere für den Antrieb eines mit einer Antriebsenergie liefernden Gleichstromquelle versehenen Fahrzeugs.
Bei bekannten Antrieben für derartige Fahrzeuge, die z. B. mit Brennstoffzellen ausgerüstet sein können, wird der Gleichstrom über geeignete Stromsteller, z. B. sogenannte Impulssteuerungen mit !thyristoren, einem oder mehreren Gleichstrommotoren zugeführt, die die Bäder des Fahrzeugs antreiben. Solche Antriebe haben jedoch betrachtliche Anfahrverluste; ihre Motoren sind durch Äie erforderlichen Kollektoren empfindlich gegen Verschmr&sttog und korrosive Atmosphären, wie sie z. B. durch Streusalz 2b Winterhalbjahr regelmäßig auftreten.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, die Nachteile der bekannten Antriebsanordnungen zu vermeiden und einen robusten Antrieb zu schaffen, der eine ähnliche Drehmomentencharakteristik aufweist wie die bekannten Gleichstromantriebe.
Fach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß zum Speisen des Weehselatromnetzes ein Wechselrichter vorgesehen ist, dessen Ausgangsfrequenz von einer Segeleinrichtung gesteuert wird, welche die Schlupf drehzahl der Wechselstrommaschine auf einen gewünschten Wert einregelt. Erhöht man mit steigender Drehzahl einer Asynchronmaschine deren Speisespannung und hält die Schlupf drehzahl (» Schlupf frequenz) konstant, so erhält man
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ein im wesentlichen konstantes Drehmoment üder der Drehzahl; ein solcher Antrieb ist also fur Fahrzeuge sehr gut geeignet, zumal er auch gegen Schmutz und aggressive Luftverunreinigungen weitgehend unempfindlich ist. Der Wechselrichter kann dabei in bekannter Weise auch auf Gleichrichterbetrieb umgeschaltet werden, so daß auch eine Nutzbremsung mit im wesentlichen konstanten, und durch die vorgegebene Schlupf frequenz bestimmtem. Bremsmoment möglich ist. Zur Lieferung des erforderlichen Blindstroms kann man wie üblich eine Kondensatorenbatterie vorsehen, was auch dem Wirkungsgrad noch verbessert.
Um eine Überlastung der Energiequelle zu verhindern, kann man die Antriebsanordnung mit Vorteil so ausbilden, daß bei Verwendung einer Gleichstromquelle zum Speisen des Wechselrichters eine Strombegrenzungseinrichtung vorgesehen ist, die mit Vorrang vor der Regelung der Schlupf drehzahl auf die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters einwirkt. Wird der entnommene Strom zu hoch, so wird die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters automatisch reduziert und damit die Antriebsleistung gesenkt. In gleicher Weise kann man bei einer Nutzbremsung auf den Sollwert der Schlupf drehzahl erniedrigend einwirken. Ferner kann man nach einem weiteren Merkmal der Erfindung den Antrieb so ausbilden, daß die Strombegrenzungseinrichtung drehzahlabhängig ausgebildet ist. Man kann z. B. den entnommenen Strom bei niedrigen Drehzahlen auf einen kleineren Wert begrenzen als bei hohen Drehzahlen und dadurch den Wechselstrommotor vor Überlastung schützen.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen·
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ί 51.3808
_ Bosch GinbH ·!. *:-.-«Τλ:'-.- ; ■ ;'-V> ". R.Nr.
Stuttgart ; -: v.-:-1·1* ■■■;,■/ ;■■"..■'.· \'A -1A.; ;.:-.':■- Λ 2Ο.1Ο.Ϊ966 Rb/Sz
Fig'. i: ein"erstes1 ÄüsfÜhrungsbeisiiiel eines erfindungsgeinäBen '?.-;' eine J^r^elluiiE, zum· EripLutern'.der, Wirkun'gsweisö des
■. Pig«-5 ein aviöiteö^Auöftitt^
Figo k - elü drittes'AusftferürigsbeispieI eines Pahrantriebes*
Pig^,-5( ein' Scba.ubiid zw^^ ErXäutei^ang/des Pahiantriebes naoh Figo
in der,, folgenden. Beschreibürig ,vierdenjTUr ,gleiche oder g^.eichwirkende , .Teile äjiyqlweg, gle.iche Eezü^Bzeiohi>n, yei?wenäet,. . , > ...:
- Ais-Energiequelle ,fite» ,dön^in Pig,« 1 dargesteXiten'Fahrantrieb dient
.; ein GXeicb^troinieiiZosiigBr £n Form ^iner Batterie,Xp^von Brennstoffzellen,· An aiööe.Batterie IQ^..ist" ein in, döi?/Frequenz steuerbarer Wecb-
'h> seirichter I^ angeschlossen^ der«; wie~irrFig^ 1 angedeutet, mit stetMsr-
^ baren ^JlbjLeiter^ und der auch
auf Gl^ehriahtfertfetrieb umBtöllbiir ist« Der Weohselrichter Ii erzeugt an seineto; Ausgang;6^iiie, pre^^iphasens3pannung?. die, tlber eine dreiadrige * Leitung la eineßji. p»Qhstr,Qm*-Asynohrpnmotor IJ, zugeführt wird. An die Leitung IS ,i^.j.ggch Ub^r einen ßchaltei* 14 eine dreiphasige, Konden-
; satorenbatterie 1£ abschließbar, die bei der Nutzbremsung zur Erzeugung des erf orderlichen Bllndiätroms für die Mftgnotisierung der Asyn^
,' chronji^Lf ch|ne 13 dient und also iiueh bei" Weojiselri^hterbetrieb ver-
. : -.-■ .-■ ■ ■.. :k. Γ. χ;: '*? ■-. ■ ,,-■ -:■;·■:;/'■, .ν' ■■■■.;,·■ .-■:.■·'■ Der Asynchronmotor' 13. treibt über ein Ünterset25unßsgetriobe 16, das vorzugsweiso zusagen rait^ dem Motor V$ eine bauliche Einheit bildet, ein Fahrzeugrad 17 ane. zweckmäßig werdett Motor IJ und Getriebe 16 direkt am'Fahrzeugrad 17'."befestigt* ab daß sie zusammen mit diesem eine bauliche Einheit bilden*', ^J - <
8AD:ORIQiN«L '·- ' ■ - 5 1;
Robert Bosoh GmbH ' R.Niv 8741
Stuttgart ., ■;.·■■.·:··' 20*10.1966 Rb/Sz
Außerdem treibt der Asynchronmotor 13 mit seiner Drehzahl s die in den Plgs 1 und 2 mit n^ bezeichnet ist/ den Stator 18 einer mit 19 bezeichneten Gleichstrommaschine an, deren Rotor 20 einen Impulsgeber 21 Zc B0 in Form eines Drehstromgenerators mit einer Drehzahl antreibt4 die in den Fig. 1 und 2 mit n2 b&eichnet ist* Dieser Impulsgeber 21 ist Über eine Leitung 22 an den Wechselrichter 11 angeschlossen.
Die stromzufuhr zum Rotor 20 erfolgt über zwei am Stator l8 ©,ngebrachte Schleifringe -23, von denen der Strom in üblicher ,Weise Über BUrston und Kollektor dem Rotor 20-zugeleitet wird« Diese Schleifringe 23 sind über einen von Hand durch den Fahrer verstellbaren Vorwiderstand 24 an οIne Gleichstromquelle, z„ O0 eine Fahrzeugbatterie, angeschlossen^.an der auch die Feldwicklung der Gleichstrommaschine 19 Über einen weiteren.* nicht dargestellten Schleifring angeschlossen ist« Mit dem Vorv;lderstand 24 ist es möglich, die Drehzahl des Rotors 20 auf einen gewUnschten Wert einzustellen,=
Der Fahrzeugantrieb nach Figo 1 arbeitet wie folgt: Zum Anfahren wird bei stehendem Fahrzeug mittels des Vorwiderstands 24 der Rotor 20 auf eine Drehzahl von wonigen Umdrehungen/Minute eingestellt« Hierdurch wird der Impulsgenerator 21 angetrieben, dar* wie in Fig. 2 dargestellt, aus einem umlaufenden Permanentmagneten 30 besteht g der beim Umlauf in drei Jeweils um 120° versetzten Spulen Jl Impulse erzeugt,, welohe den Wechselrichter 11· steuern. Dieser erzeugt also an seinem Ausgang eine Wechselspannung sehr niederer Frequenz, die ein Anfahren des Asynchronmotors I^ und damit dös Fahrzeugs ermöglicht,' :'
Mit der Drehzahl- des Asynchronmotors 13 wird auch der Stator 18 angetrieben, so daß sioh die Ausgangsdrehzahl n2 entsprechend erhöht., da sioh Stator l8 und Rotor 20 in der gleichen Richtung drehen. Wenn Z0 Bo bei Stillstand dee Stators l8 der Rotor 20 eine Drehzahl von 15 U/min hut und der Asynchronmotor nunmehr ebenfalls beim Anfahren eine Drehzahl.von 15 U/min erreioht> wird der Impulsgenerator 21 mit
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Robert Doßoh GmbH R.Nr. 87*H
Stuttgart ·'■■■■_■■—4—__L 2O.IO.1966 Rb/Sζ
15 + 15 - ^O U/min angetrieben; Enteproohend steigt auoh die von ihm abgegebene Frequenz und damit die Ausgangsfrequenz des Wechcelriohtera 11, so daß auch die Drehzahl.des Aoynohronmotors 13 weiter an-,steigt. "
Falls anstelle des Asynchronmotors 1J5' ein Synchronmotor verviendot würde, wäre eine solche Anordnung offensichtlich instabil da sie die Tendenz hat,. Frequenz und damit Drehzahl immer mohr zu steigern. Bei ©Inom belasteten Asynchronmotor dagegen bleibt bei Belastung dio Drohzahl hinter der Antriebsfrequenz- zurUok, v/eil der Rotor langsamer umlauft als ,das Drehfeld im Stator. Dae prozentuale Zurüokbleiben wird als Schlupf bezeichnet. Wenn z« B» ein Asynchronmotor im Leerlauf mit 3 ΟΌΟ U/min (synohrone Drehzahl), bei Belastung aber nur noch mit 2 970 U/min läuft, so sogt man, daß er einen Schlupf von 30 : 3 000 = I % hatc
Im vorliegenden Fall steigt die Drehzahl so lange» an., bis der Unterschied von synchroner Drehzahl zu tatsächlicher Drehzahl 15 U/niln beträgt ο Wenn z, B1 der Asynchronmotor 13 einpolig ict (und entsprechend beim Impulsgeber 21 nur ein Permanentmagnet 30 verwendet v/ird) . nU£te der Motor 13 bei einer Frequenz von 50 Hz eine Drehzahl von 3 000 U/min . haben. Hat or infolge Schlupf bei dieser Frequenz nur eine Drehzahl von 2 985 U/mln^ so ist bei einer Drehzahl des Gleiohstroinniotors 19 von 15 U/min das System im Oleiohgewicht und das Fahrzeug rollt mit entsprechender Geschwindigkeit auf seinen Rädern 17 dahin-
Trifft das Fahrseug Jetzt auf: eine Steigung, so nimmt der Schlupf zu., do' ho die Drehzahl des Motors 13 fällt ab» Dementsprechend fällt auoh die Frequenz des Impulsgebers 21 und des Wech3elriohtörs 11, do h„ die Fahrgeschwindigkeit wird automatisch verringert.
Fährt dagogen dan Fahrzeug bergab, so nimmt der Schlupf ab und die Frequenz des Impulßgebers 21 aowle des Wochselriohtors II nimmt zu. Die Fahrgeschwindigkeit wird dann entsprechend.erhöht, bis wieder ein
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Robert Bosch GmbH ^ R.Nr. 8741
Stuttgart / 2O.IO.I966 Rb/Sz
entsprechender Schlupf vorhanden ißt. Bei zu großer Steißeruns der Geschwindigkeit kann der Fahrer auch -' entweder mit einem getrennten Bremspedal oder durch Verstellen des Fahrhebels in umgekehrtor Richtung - den Wechselrichter 11 auf Oleichriöhterbetrieb umschalten und dio Kondönsatorenbatterie 15 zur Wirkung bringen, so daß Energie von der Maschine I3 zu den Brennstoffzellen 10 zurückgeliefert und dadurch gebremst wird» . ■
Wie ersiohtlioh, ist das Prinzip der Irfindung nloht auf die Vervron dung eines Gleichstrommotors für den f-otor I9 beschränkt, Prinzipiell 1st Jeder Motor geeignet, bei dem zwiEchen Rotor und Stator eine beliebige Drehzahl fest eingest&lt werden kann/
In Pig» 2 i.3t die Beziehung zwinohen n, und n« nochmals in Vektorfo^'. dargestellt-, Die Differenz beider Vektoren ißt dio relative Rotordrohzahl η t* d. h0 die Drehzahl zwischen Stator und Rotor der Gleichstromrnasehino I9. Diese Drehzahl η t bestimmt den Sohlupf des Asynchronmotors 13·
In Pig» 3 ißt eine andere Art der Regölung dargestellte Hitirbsl wird eine Sohlupfspule 34 verwendet. Dies i3t eine bekannte Vorrichtung zum MGSßon dor Sohlupffrequonz und damit des Schlupfes οίηοε Asynchronmotors,, wie sie im Elektroraaaohlnsnbau häufl5; vorwondot v;ii*do Eine Schlupfspule i3t moiatonn in Form eines Ringes gev/ickolt und wird etwa koaxial zur Welle der Maschile an einem der Lagerschilde angebracht. In ihr wird eins Spannung Lnduzlertj die im Rhythmus der Schlupffrequenz schwankt» Zum Ausfiltöcn, von Störspannungen höherer Frequenz i3t ein Tiefpaß, 35 vorgesehen, .
Zur Vorgabe des Sollwerte dient hier ein Sollwertgebor 36 mit einem
Einstellgriff 37. ,
, ··■ ·■■■■; ' . ■ - β -
BAD ORIGINAL 90äär$/06 7 5
Robert Bosch GmbH -■■■' RnNrο 8741
Stuttgart Γ'.' , 20ο10.196β Rb/Ss
In einem Differenzbildner 38 wird die Differenz der Signale am Aui;gi\ng dos Sollwertgebers 36 und des Tiefpasses 33 gebildet Hierfür sind dem Fachmann mehrere Verfahren bekannt* Je nach dem Vorzeichen dec Auscangssignals wird die Frequenz des Wechsoxrichtürs II erhöht oder erniedrigt und damit dor gewünschte Schlupf eingeregelt. -
Bei dem in Fig« 4 dargestellton Fahrantrieb ißt ein Regler nur Regelung der Fahrgeschwindigkeit vorgesehen. liiopfUr dlenon ein vom Λ synchronmotor 13 angotriobenor Wechselstromgenerator 40 sowie ein mit einem ™ Einstollgriff 41 versehener Sollwertgeber 42» Die Auscangssignaie dos Wechnelstroragenerators 40 und des Sollwertgebers 42 werden einem Di f«- ferenzbildner 43 zugeführt, dessen Differonzaignal einen· Re^l^r 44 zugeleitet wird» Eine, solche Anordnung dient in Üblicher Visiso zur Regelung der Drohzahl durch Erhöhung oder Verminderung der Frequenz desv Weoheelriöhters Ii.
Es besteht nun die Gefahr., daß der Fahrer einen zu großen SoTj.vort vorgibt und dadurch den Asynchronmotor 13 überlastet oder oogar u ;i stehen bringt. Um dies zu vermeiden., wird an einem Widerstand 45,, dsr vom Gleichstrom der Brennstoffzellen 10 durchflössen -wird., eine Sptf-nnung' abgenomraonr die als 'MaQ für die Belastung de3 Motors 13 dient. Über Leitungen 46 wird diese Spannung dem Regler 44 zugeführt. Ebenso wird dem Regler 44 ,die Auogangsspannung des Generators 4o zugeführt.
Der Regler 44 enthält einen besonderen Kreis zur strombegrenzung5 eier entapreohend der Kennlinie nach Figo 5 arbeitet..- Bei Stillstand viii'd der Strom auf einen Höchstwert I begrenzte der unabhHngig von der Stellung dee, Einstöligriffε 41 nicht Überschritten werden kann, Erreioht wird dies durch eine entsprechende Begrenzung der Frequenz des Woohselriohters 11» Mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit steigt diese Stromgrenzo an, und zwar entsprechend dem Anstieg der Leistung dee Motors 1? mit der Drehzahl· . , , ■ ,
J4ir.it. :x::'<:,·-#' , - 6AD ORIGINAL
909815/067ΰ
Robort Boboh GmbH Stuttßart
R.Nrc 8741 20.10.1966 Rb/Sz
·, ι
Die Lai3tungsbeßrenzung nach Figo h und 5 kann mit Vorteil auch bei den AunführungGbelßpiQlen naoh den Fig, 1 und 5 angewendet viorden.
In manchen Füllen ist es zwQckratißig, das Untersetzungaverh&ltnis dos Untorsotzunßaf;etriebeö 16 willkürlich veränderbar zu machen und/oder in diesem eine willkürlich betlitigbare Kupplung vorzusehen-
Duroh die Erfindung erhält man einen sohr robusten und auoh leichten Fahrantrieb^ dör eine $ehr gute Ausnutzung der von don Bronnstoffse 1t· len geiieferten elektrischen Energie sowie eine Nutzbremsung gestattet.
6AD Of)IQiNAL
9098157067b

Claims (11)

  1. P 15 15 608.0 (B 89 550 VIIIb/20 1) R. 8741
    Robert Bosch GmbH, Stuttgart 21.10.1968 Rb/Sz
    Ansprüche
    / 1.!Antriebsanordnung mit einer Wechselstrommaschine, die an ein Wechselstromnetz einstellbarer Frequenz angeschlossen ist, insbesondere für den Antrieb eines mit einer Antriebsenergie liefernden Gleichstromquelle versehenen Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß zum Speisen des Wechselstromnetzes (12) ein Wechselrichter (11) vorgesehen ist, dessen Ausgangsfrequenz von einer Regeleinrichtung (19, 21; 34 bis 38) gesteuert wird, welche die Schlupfdrehzahl der Wechselstrommaschine auf einen gewünschten Wert einregelt.
  2. 2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Gleichstromquelle (10) zum Speisen des Wechselrichters (11) eine Strombegrenzungseinrichtung (44, 46) vorgesehen ist, die mit Vorrang vor der Regelung der Schlupfdrehzahl auf die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters einwirkt.
  3. 3. Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise eine zusätzliche, zwei relativ zueinander mit einstellbarer Drehzahl (n ro+-) antreibbare Antriebselemente (18, 20) aufweisende elektri-
    Neue UnterlagörnAÄ 9 $ \ Md. 2MjPi feat* 3 des Änderungsgm. v. 4.9.1 l
    -JE -
    sehe Maschine (19) vorgesehen ist, von denen das eine (18) mit der Aus gangs drehzahl (n,) der Wechsels trennmaschine (13) antreibbar ist, und daß das andere Antriebselement (20) mit einem Geber (21) in Antriebsverbindung steht, dessen Ausgangssignal zur Steuerung der Frequenz des Wechselrichters (11) dient.
  4. 4. Antriebsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber ein Impulsgeber (21) ist,dessen Ausgangsimpulse die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters (11) steuern.
  5. 5. Antriebsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber ein mehrphasiger Impulsgeber ist, dessen Phasenzahl mindestens so groß ist wie diejenige des Wechselrichters (11) ■*«■*.
  6. 6. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5? dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche elektrische Maschine in an sich bekannter Weise als Gleichstrommaschine (19) mit drehbar gelagertem Stator (18) und drehbar gelagertem Rotor (20) ausgebildet ist (Fig. 1).
  7. 7· Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung einen Soll-Istwert-Vergleicher aufweist, dem einerseits der vorzugsweise über eine Schlupfspule (34) abgenommene Istwert der Schlupffrequenz,
    - 3 909815/06 7:
    andererseits ein Sollwert entsprechend der gewünschten Schlupffrequenz zugeführt wird.
  8. 8. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstrommaschine als Asynchronmaschine (13, ausgebildet ist und daß zwischen dieser und dem anzutreibenden Objekt (17) ein Untei Setzungsgetriebe, vorzugsweise ein willkürlich einstellbares Getriebe (16), angeordnet ist.
  9. 9. Antriebsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Asynchronmaschine (13) und Getriebe (16) eine bauliche Einheit bilden.
  10. 10. Antriebsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung auf einem Fahrzeug für jedes treibende Fahrzeugrad (17) eine derartige bauliche Einheit vorgesehen ist.
  11. 11. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Strombegrenzungseinrichtung (4-4, 46) drehzahlabhängig ausgebildet ist (Fig. 5)·
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