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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Einzelrad eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges, insbesondere eines Schienenfahrzernges für den öffentlichen Verkehr, mit einem Elektromotor, dessen Motorwelle senkrecht angeordnet ist, einem Einzelrad und einem dazwischen angeordneten, mit einer Druckölschmierung ausgerüsteten Kegelradgetriebe, welches sich in einem Getriebekasten befindet, wobei die Motorwelle und die Welle des Getrieberitzels miteinander fluchten
Die immer höher werdenden Belastungen durch den Individualverkehr, besonders in den Ballungsgebieten, fordern geeignete Massnahmen im Bereich des öffentlichen Verkehrs. Europaweit wird der Ausbau des öffentlichen Verkehrs, insbesondere des Strassenbahnnetzes im städtischen Bereich, angestrebt.
Aber nicht nur ein dichteres Verkehrsnetz sondern auch eine benutzerfreundliche Gestaltung der Strassenbahnen soll die Akzeptanz dieses Verkehrsmittels wesentlich erhöhen. Die benutzerfreundliche Ausgestaltung soll besonders älteren und behinderten Menschen, Müttern mit Kinderwagen bzw. Kleinkindern, Fahrradfahrern und Reisenden mit Gepäck entgegenkommen.
Die Fussbodenhöhe der konventionellen Strassenbahn liegt bei etwa einem Meter über dem Strassenniveau. Um der oben beschriebenen Personengruppe das problemlose Benutzen der Strassenbahn zu erleichtern, begann man mit der Entwicklung der Niederstflur-Strassenbahn.
Das Entwicklungskonzept der Niederstflur-Strassenbahn sieht einen durchgehend ebenen Wagenboden in einer Höhe von etwa 20 cm über dem Strassenniveau vor, was besondere Lösungen im Bereich des Antriebes erfordert. Um einen ebenen Wagenboden zu erreichen muss der Bereich unter dem Wagenboden frei bleiben.
Eine Lösung für das Antriebsproblem sieht einen senkrecht stehenden Elektromotor, welcher über eine elastische Kupplung und ein Achswinkelgetriebe das Rad antreibt, vor. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass sowohl die Kupplung als auch die beiden Lager für Motor und Getrieberitzel relativ viel Platz benötigen.
Aus der DE 3 144 999 A1 ist ein Antrieb für ein Schienentriebfahrzeug ersichtlich, bei dem die Motorwelle, des parallel zur Radachse liegenden Antriebsmotors, und die Ritzelwelle des Getriebes. welches einen Radsatz antreibt, in einem Lagerträger gemeinsam gelagert sind. Die Motorwelle ist an beiden Seiten jeweils mit einem Getriebe verbunden, welches dann den jeweils zugeordneten Radsatz antreibt. Zwischen dem Antriebsmotor und den beiden Getrieben ist jeweils ein Lagerschild vorgesehen.
Die beiden Schritten (DE 3 144 999 A1, DE 566 698 C) beschreiben jeweils Antriebe für einen bzw. zwei Radsätze, welche jeweils in einem Drehgestell angeordnet sind und deren Antriebsmotore auf Achsniveau der Radsätze angeordnet sind. Dadurch ist die minimale Höhe des Wagenbodens durch die jeweiligen Antriebsanordnung vorgegeben und eine Höhe unter dem Radachsniveau nicht möglich.
In der AT 132 606 B ist ein Zahnradgetriebe und dessen Verbindung mit einem zugeordneten Motor ersichtlich, wobei das Ritzel auf der Motorwelle fliegend angeordnet ist. Im Lagerschild des Motors Ist ein Wälzlager und eine Dichtung vorgesehen. Diese Anordnung beschreibt einen Motor mit angebautem Getriebekasten, wobei das Motorlagerschild seinen eigentlichen Zweck, Lagerkörper für die Motorwelle, Gehäuse für den Motorventilator und Führung der Ventilatorluft, unverändert erfüllt.
Die DE 1 154 140 B beschreibt eine Öldichtung, welche als Labyrinthdichtung ausgeführt ist, für Triebwerkslager, welche den Übertritt des flüssigen Schmiermittels aus dem Getriebekasten in den mit zähem Schmierfett gefüllten Fettraum des Lagers verhindert. Um das flüssige Schmiermittel abzuleiten ist im Grossrad eine schräg nach aussen verlaufende Bohrung vorgesehen, wodurch das durch die äussere Lagerabdichtung aus dem Getriebekasten eingedrungene Schmiermittel abgeschleudert wird. Die Abdichtung des Fettraumes des Lagers gegenüber dem Elektromotor erfolgt dann mittels einer Rtllendichtung.
Ein Schienenfahrzeug mit Einzelrädern wird in der WO 87/05873 A1 beschrieben, wobei jedes der Einzelräder von einem Elektromotor, welcher im obersten Teil des Fahrzeuges untergebracht ist, über ein Kegelradgetriebe angetrieben wird. Die Verbindung des Antriebsmotors mit dem Ritzel des Getnebes erfolgt über eine lange Antriebswelle, welche mechanisch mit der Motorwelle verbunden ist.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb zu schaffen, der besonders platzsparend ausgeführt ist, unter besonderer Berücksichtigung der hohen Anforderungen an die Sicherheit, die dem Betrieb von öffentlichen Verkehrsmitteln zugrunde liegt. Eine wirtschaftliche Herstellung und Servicefreundlichkeit sind weitere Aufgabenstellungen an die Erfindung.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Antriebseinheit der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch, dass in an sich bekannter Weise die Motorwelle an dem dem Getriebe zugewandten Ende eine Verlängerung aufweist und mit dieser einstückig ausgebildet ist, und dass das Getrieberitzei direkt auf dem dem Elektromotor abgewandten Ende der Verlängerung drehfest montiert ist und die Verlängerung in einem einzigen, zwischen Elektromotor und Getrieberitzel in einem Lagerschild befestigten Lager drehbar gelagert ist, wobei der Lagerschild zwischen Getriebe und Elektromotor angeordnet ist.
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Mit der Erfindung ist es erstmals möglich, einen besonders platzsparenden Antrieb zu schaffen. Durch die Einsparung eines zusätzlichen Lagers ist eine wesentliche Gewichtseinsparung erzielbar. Dies hat eine Reduktion des Massenträgheitsmomentes zur Folge, sowie wesentliche Vorteile bei der Wartung.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Lagerschild, welcher an der zum Getriebe weisenden Seite des Motorgehäuses vorgesehen ist, mit einem Getriebeflansch, welcher an der zum Elektromotor weisenden Seite des Getriebekastens vorgesehen ist, mechanisch, vorzugsweise mittels Schraubverbindungen, verbunden ist. Auch hier ist der Vorteil der Gewichtseinsparung ersichtlich, da eine aufwendige elastische Kupplung zwischen Getriebe und Elektromotor entfällt. Ein weiterer Vorteil besteht in der wirtschaftlicheren Herstellung und Prüfung der Antriebseinheit. Bei der Herstellung wird der die Welle des Elektromotors mit dem Ritzel versehen. Die Getriebeprüfung, die getrennt von der Motorprüfung erfolgt, wird so durchgeführt, dass an Stelle des Ritzels ein Prüfritzel eingesetzt wird.
Danach werden Motor und Getriebe zu einer Antriebseinheit zusammengeflanscht.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zwischen Lager und Elektromotor eine berührungsfreie Dichtung, vorzugsweise eine Spaltringdichtung, im Lagerschild angeordnet ist. Vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung ist, dass durch die Anordnung der Spaltringdichtung zwischen Elektromotor und Lager über ein wartungsfreies Element die Abdichtung des Lagerschmieröles gegenüber dem Elektromotor erfolgt.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist im Lagerschild eine Schmierölbohrung vorgesehen, die einerseits zwischen Lager und Dichtung endet und anderseits über einen Hohlleiter, vorzugsweise ein Rohr, mit der Druckölschmierung verbunden ist, und es ist im Lagerschild mindestens eine Ableitbohrung vorgesehen, die einerseits im Bereich der Dichtung endet und anderseits mit dem Getriebekasten verbunden ist. Der Vorteil dieser Weiterbildung besteht darin, dass durch die Einbeziehung der Druckölschmierung des Getriebes eine Minimierung der Bauteile sowie ein geringerer Aufwand bei der Wartung erzielbar ist.
Über die Ableitbohrung wird überschüssiges Schmieröl im Lagerbereich in den Getriebekasten abgeleitet und der Druckölschmierung zugeführt.
In der Folge wird die Erfindung anhand eines in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Der in Fig. 1 dargestellte Antrieb für ein Einzelrad weist einen senkrecht stehenden Elektromotor 10 auf, dessen Motorwelle 11 rechtwinklig zur Radachse 2 angeordnet ist. Zwischen Elektromotor 10 und Rad 1 ist ein Achswinkelgetriebe 3 angeordnet, wobei das Getrieberitzel 7 direkt auf einer Verlängerung der Motorwelle 9 aufsitzt. Der Getriebekasten 4 ist motorseitig mit einem Getriebeflansch 6 ausgerüstet. Ein Lagerschild 14 ist als Gegenstück zum Getriebeflansch 6 vorgesehen, wobei im Lagerschild 14 ein Lager 13 und motorseitig eine Dichtung 15 angeordnet ist.
Der Lagerschild 14 ist mit einer Schmierölbohrung 16 versehen, weiche einerseits zwischen Lager 13 und Dichtung 15 einmündet und anderseits mit der Druckölschmierung über ein Rohr 17 verbunden ist. im Bereich der Dichtung 15 sind Ableitbohrungen 18 vorgesehen, welche das überflüssige Schmieröl in den Getriebekasten 4 leiten.
Wie in Fig. 1 ersichtlich ist, wurde hier eine besonders platzsparende Antriebseinheit geschaffen. Durch Einsparung von einem Lager und einer elastischen Kupplung, die in konventionellen Anordnungen üblichen sind, ist eine wesentliche Gewichtseinsparung erzielbar. Die Anordnung des Ritzels auf einer Verlängerung der Motorwelle und die Einbeziehung der Druckölschmierung zur Lagerschmierung bringt eine wesentliche Vereinfachung bei Herstellung, Prüfung und im Service sowie eine Minimierung an Bauteilen.
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The invention relates to a drive unit for a single wheel of an electrically driven vehicle, in particular a rail vehicle for public transport, with an electric motor, the motor shaft of which is arranged vertically, a single wheel and an interposed bevel gear transmission equipped with pressure oil lubrication and located in a gear box , wherein the motor shaft and the shaft of the gear pinion are aligned
The increasing burden of private transport, especially in the metropolitan areas, calls for suitable measures in the area of public transport. The expansion of public transport, in particular the tram network in urban areas, is being sought throughout Europe.
But not only a denser transport network, but also a user-friendly design of the trams should significantly increase the acceptance of this means of transport. The user-friendly design should particularly accommodate older and disabled people, mothers with prams or small children, cyclists and travelers with luggage.
The floor height of the conventional tram is about one meter above the street level. In order to facilitate the problem-free use of the tram for the group of people described above, the development of the low-floor tram began.
The development concept of the low-floor tram provides for a consistently flat car floor at a height of about 20 cm above the street level, which requires special solutions in the area of the drive. To reach a level car floor, the area under the car floor must remain free.
One solution to the drive problem is a vertical electric motor that drives the wheel via an elastic coupling and an axle gear. The disadvantage of this arrangement is that both the clutch and the two bearings for the motor and gear pinion require a relatively large amount of space.
DE 3 144 999 A1 shows a drive for a rail locomotive in which the motor shaft, the drive motor lying parallel to the wheel axis, and the pinion shaft of the transmission. which drives a wheelset, are stored together in a bearing bracket. The motor shaft is connected to a gear on both sides, which then drives the respectively assigned wheel set. A bearing plate is provided between the drive motor and the two gears.
The two steps (DE 3 144 999 A1, DE 566 698 C) each describe drives for one or two wheel sets, which are each arranged in a bogie and whose drive motors are arranged at the axle level of the wheel sets. As a result, the minimum height of the car floor is predetermined by the respective drive arrangement and a height below the wheel axle level is not possible.
AT 132 606 B shows a gear transmission and its connection to an assigned motor, the pinion being arranged overhung on the motor shaft. A roller bearing and a seal are provided in the motor end shield. This arrangement describes a motor with an attached gear box, the motor end shield fulfilling its actual purpose, bearing body for the motor shaft, housing for the motor fan and guiding the fan air, unchanged.
DE 1 154 140 B describes an oil seal, which is designed as a labyrinth seal, for engine bearings, which prevents the liquid lubricant from passing from the gearbox into the grease space of the bearing filled with viscous grease. In order to discharge the liquid lubricant, an obliquely outward bore is provided in the large wheel, as a result of which the lubricant that has penetrated out of the gearbox through the outer bearing seal is thrown off. The grease chamber of the bearing is then sealed off from the electric motor by means of a roller seal.
A rail vehicle with individual wheels is described in WO 87/05873 A1, each of the individual wheels being driven by an electric motor, which is accommodated in the uppermost part of the vehicle, via a bevel gear. The drive motor is connected to the Getnebes pinion via a long drive shaft which is mechanically connected to the motor shaft.
The invention is therefore based on the object of providing a drive which is designed to be particularly space-saving, with special regard to the high safety requirements which are the basis of the operation of public transport. Economical production and ease of service are further tasks for the invention.
This object is achieved on the basis of a drive unit of the type mentioned at the outset in that, in a manner known per se, the motor shaft has an extension at the end facing the transmission and is formed in one piece therewith, and in that the transmission gear is located directly on the end of the motor facing away from the electric motor Extension is rotatably mounted and the extension is rotatably mounted in a single bearing fastened between the electric motor and gear pinion in a bearing plate, the bearing plate being arranged between the gear and the electric motor.
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With the invention it is possible for the first time to create a particularly space-saving drive. By saving an additional bearing, a significant weight saving can be achieved. This results in a reduction in the moment of inertia and significant advantages in maintenance.
A further development of the invention provides that the bearing plate, which is provided on the side of the motor housing facing the gearbox, is mechanically connected, preferably by means of screw connections, to a gearbox flange which is provided on the side of the gearbox facing the electric motor. The advantage of saving weight can also be seen here, since there is no need for a complex elastic coupling between the transmission and the electric motor. Another advantage is the more economical production and testing of the drive unit. During manufacture, the shaft of the electric motor is provided with the pinion. The gearbox test, which is carried out separately from the engine test, is carried out in such a way that a test pinion is used instead of the pinion.
The engine and transmission are then flanged together to form a drive unit.
One embodiment of the invention provides that a contact-free seal, preferably a split ring seal, is arranged in the bearing plate between the bearing and the electric motor. It is advantageous in this embodiment that the arrangement of the split ring seal between the electric motor and the bearing, via a maintenance-free element, seals the bearing lubricating oil from the electric motor.
According to a further feature of the invention, a lubricating oil bore is provided in the end shield, which ends on the one hand between the bearing and the seal and on the other hand is connected to the pressure oil lubrication via a waveguide, preferably a pipe, and at least one discharge bore is provided in the end shield, on the one hand in the area the seal ends and on the other hand is connected to the gearbox. The advantage of this further development is that the inclusion of the pressure oil lubrication of the transmission minimizes the components and reduces the maintenance effort.
Excess lubricating oil in the bearing area is discharged into the gearbox via the drain hole and fed to the pressure oil lubrication.
The invention is explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment shown in FIG. 1.
The drive for an individual wheel shown in FIG. 1 has a vertical electric motor 10, the motor shaft 11 of which is arranged at right angles to the wheel axis 2. An axle angular gear 3 is arranged between the electric motor 10 and the wheel 1, the gear pinion 7 being seated directly on an extension of the motor shaft 9. The gearbox 4 is equipped with a gearbox flange 6 on the motor side. A bearing plate 14 is provided as a counterpart to the transmission flange 6, a bearing 13 and a seal 15 being arranged on the motor side in the bearing plate 14.
The end shield 14 is provided with a lubricating oil bore 16, which opens on the one hand between the bearing 13 and the seal 15 and on the other hand is connected to the pressure oil lubrication via a pipe 17. In the area of the seal 15, drainage bores 18 are provided which guide the excess lubricating oil into the gearbox 4.
As can be seen in FIG. 1, a particularly space-saving drive unit was created here. By saving on a bearing and an elastic coupling, which are common in conventional arrangements, a substantial weight saving can be achieved. The arrangement of the pinion on an extension of the motor shaft and the inclusion of pressure oil lubrication for bearing lubrication bring a significant simplification in manufacture, testing and service as well as a minimization of components.