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Die Erfindung betrifft ein Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug, insbesondere Niederflurstrassenbahn, mit einem mit vier Losrädem versehenen Rahmen, an dem beidseitig zwischen den in Fahrtrichtung hintereinander angeordneten Losrädem je ein Elektromotor angeordnet ist, dessen Motorwelle in Fahrtrichtung verläuft und an ihren beiden Enden entweder mit je einer Gelenkwelle antriebsverbunden ist, oder dessen Motorwelle zugleich die Eingangswelle je eines an beiden Enden angeordneten Getriebes bildet, wobei jedes Getriebe mit je einem Losrad antriebsverbunden ist.
In der DD 297 121 A5 ist ein Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug der oben genannten Art beschrieben, bei welchem der Motor über je eine Gelenkwelle mit dem Getriebe des vorderen und jenem des hinteren Rades verbunden ist. Die zwei vorderen und die zwei hinteren Räder sind über jeweils eine Radbrücke miteinander verbunden, welche über je einen Kugeldrehkranz mit einem darüber befindlichen Rahmen verbunden ist. Die Radbrücke der vorderen und die Radbrücke der hinteren Räder sind über eine Lenkstange miteinander gekoppelt Der Antriebsmotor ist bei diesem Fahrwerk an dem Wagenkasten befestigt. Durch die Anbringung des Antriebsmotors, sowie die Lenkung der Losräder ist eine vergleichsweise Komplexe und aufwendige Kraftübertragung erforderlich.
Ferner kann bei diesem Fahrwerk durch die Übereinander-Anordnung des Rahmen und der Radbrücke bzw. der Lenkung eine gewisse Mindesthöhe für den Wagenboden nicht unterschritten werden.
Für den Antrieb von Elektrofahrzeugen - in der Regel wenigstens ein, ein Drehmoment erzeugender Elektromotor, der direkt oder indirekt mit wenigstens einem Rad oder einer Drehachse verbunden ist - sind bisher verschiedene Anbringungsorte bekannt, die Vorteile, jedoch auch Nachteile mit sich bringen
Die DE 3144999 A1 beschreibt beispielsweise einen solchen Antrieb für ein Schienenfahrzeug Ein an einem Drehgestell befestigter Elektromotor treibt über ein Getriebe eine durchgehende Quer-Achse, an deren Enden je ein Rad befestigt ist. Demzufolge ist für zwei angetriebene Räder nur ein Motor nötig, der allerdings nachteiligerweise zwischen den Rädern unter dem Fahrzeugboden des Schienenfahrzeuges liegt. Sowohl die Quer-Achse, als auch der Motor erfordern derart einen relativ hohen Mindestabstand des Fahrzeugbodens von den Schienen.
Im Zuge der Bestrebungen, den Fahrzeugboden tiefer zu legen, wurden demgegenüber Antriebe geschaffen, die jeweils nur einem einzelgelagerten Rad zugeordnet waren. Daraus ergab sich nachteiligerweise ein erhöhter Bedarf an Motoren und ein hoher Bedarf an elektronischen Steuerungen für dieselben, da deren Antriebsleistung aufeinander abgestimmt sein musste.
Aus der EP 464929 A2 ist ein Antrieb eines Schienenfahrzeuges ersichtlich, bei dem ein Einzelrad mittels einem Synchronmotor, welcher an der Aussenseite des Einzelrades angeordnet ist, angetrieben wird. Dieser Synchronmotor ist so ausgebildet, dass der Stator mit einer feststehenden Achse des Einzelrades starr verbunden ist, während der aussen liegende Rotor mit dem Einzelrad mittels Schrauben verbunden und mit diesem auf der Achse drehbar gelagert ist Eine Quer-Achse kann dadurch jedoch entfallen, so dass der Fahrzeugboden zwischen zwei Rädern bzw. zwischen den Schienen abgesenkt werden kann. Ein Antrieb von gleichzeitig zwei Rädern durch einen einzigen Motor ist dabei nachteiligerweise nicht möglich. Um genügend Traktion zu bekommen, muss derart für jedes anzutreibende Rad ein eigener Motor vorgesehen werden.
Die EP 413337 A1 und die EP 463168 A1 beschreiben vergleichbare Lösungen mit vergleichbaren Vor- und Nachteilen. Zu den erwähnten Nachteilen tritt hinzu, dass die verwendeten Motore zwar ein geringes Bauvolumen, dafür jedoch aber auch eine geringe Antriebsleistung mit sich bringen. Ebenso ist das Problem der Motorenkühlung bei solchen bekannten Lösungen nicht optimal gelöst.
Ein Doppelachsantrieb, bei welchem ein Teil des Gewichtes des Motors am Drehgestell abgestützt ist, ist in der DE 15 30 036 A geoffenbart. Weiters ist in der DE 50 23 44 C ein Drehgestell mit zwei Quermotoren beschrieben, deren Antriebsleistung über zentrale-Bauhöhe verursachende- Getriebe auf die vordere bzw. hintere Radachse übertragen wird.
In der EP 0 337 135 A2 ist ein Drehgestell mit Losrädem beschrieben, bei welchem die nebeneinander angeordneten Losräder eines Radsatzes über eine Verbindungswelle torsionssteif miteinander verbunden und angetrieben sind.
Eine unter dem Namen ULF von einem Konsortium unter Beteiligung der Anmelderin jüngst der Öffentlichkeit vorgestellte Niederflur- Strassenbahn verwendet einen elektrischen Antriebsmotor, dessen Antriebsachse etwa senkrecht zu den Schienen im Bereich des anzutreibenden Rades angeordnet ist, wobei sie über ein Getriebe mit dem jeweiligen Rad verbunden sind Die
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Motorleistung kann dementsprechend gesteigert werden und die Kühlung- z. B Wasserkühlung - wird erleichtert. Allerdings tritt bei diesem an sich guten Aufbau zu der bekannten Problematik des Einzelradantriebes ein Nachteil hinzu : Der senkrecht montierte Motor benötigt mit dem Getriebe entsprechenden Platz, der von der lichten Durchgangsweite des Fahrzeuginnenraumes weggenommen wird. Ausserdem lagert dieser Aufbau den Schwerpunkt relativ hoch.
Ein weiteres bekanntes Fahrzeug mit der Bezeichnung COBRA (Handelsmarke) ist bekannt, bei dem in Fahrtrichtung des Fahrzeuges erstreckte Motore vorgesehen sind, die über ein Getriebe beim Motor und je eine Kardanwellen je ein Getriebe, das mit je einem Rad starr gekoppelt ist, antreiben Dieser an sich sehr aufwendige Aufbau ist hinsichtlich der Kardanantriebe wartungsintensiv und hinsichtlich der Getriebe aufwendig und breit, so dass auch bei diesem Aufbau keine optimal breite Innenraumdurchganglichte ergibt. Ausserdem kann bei diesem relativ sperrigen Aufbau kein Drehgestell mit vier Rädern eingesetzt werden, wodurch dessen Vorteil, wie Schlagreduktion auf den Fahrzeugaufbau bei unebenen Schienen o. dgl. nicht zum Wirken kommen.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektrisch betriebenes Fahrzeug mit hoher Antriebsleistung pro Motor zu schaffen, bei dem die lichte Durchgangsweite im Fahrzeuginneren durch die Motore möglichst wenig beeinträchtigt ist, der Schwerpunkt entsprechend tief liegt und die bekannten Vorteile eines Drehgestells Anwendung finden sollen. In einem weiteren Schritt soll durch die Erfindung auch ermöglicht werden, gleichzeitig zwei Räder pro Motor anzutreiben. Die oben erwähnten Nachteile sollen dabei weitestgehend vermieden werden.
Gelöst wird die Aufgabe erstmals durch die Anwendung der Merkmale des Anspruches 1, wonach der Rahmen als Drehgestell ausgebildet ist und jedes Getriebe mit dem zugehörigen Elektromotor im Wesentlichen torsionssteif und mit dem zugeordneten Losrad über eine elastische Kupplung antriebsverbunden ist
Der Nachteil von Durchgangslichtenbeschränkungen im Innenraum des Fahrzeuges wird dadurch ebenso vermieden wie die Höhersetzung des Fahrzeugschwerpunktes durch das vertikale Anordnen von antriebsstarken Motoren. Die geringste Behinderung der inneren Fahrzeuginnendurchgangslichte bei vorgegebener Spurweite ergibt sich daraus gegenüber herkömmlichen Systemen.
Der an sich bekannte Vorteil von Drehgestellen wird aber im Gegensatz zu herkömmlichen Lösungen beibehalten, wobei das Drehgestell vom Aufbau natürlich bevorzugt so gehalten ist, dass es im Bereich des Fahrzeugbodens tiefer gelegt ist als beispielsweise im Bereich der Lagerung der Räder.
Die Anwendung eines erfindungsgemässen Einzelrad-Drehgestells bringt zusätzlich gegenüber der häufig praktizierten Portalrahmenausführung den Vorteil, dass die Räder eine gute Führung im Drehgestellrahmen haben und sich eine stabile Laufruhe ergibt. Die Geräuschentwicklung ist dabei ebenso wie der Radkranzverschleiss reduziert und die Kurvenlage verbessert, wobei bei Bedarf das Drehgestell gegenüber dem Fahrzeugaufbau auch in einer Ebene etwa senkrecht zur Fahrtrichtung ausgebildet sein kann.
Durch die Erfindung wird darüber hinaus wieder die Möglichkeit geschaffen, zwei Räder gleichzeitig vom einem Motor antreiben zu lassen, ohne auf aufwendige Getriebe- oder Kardanlösungen zurückgreifen zu müssen, etwa wenn wenigstens zwei hintereinander liegende, antreibbare Räder gleichzeitig mit einer durchgehenden Motorwelle als Antriebswelle eines einzigen Motors über je ein Getriebe in Triebverbindung stehen. Im Gegensatz zu bekannten Antrieben, wo ein Motor ohne Differentialwirkung über eine Achse zwei, allerdings nebeneinander liegende Räder antrieb, bedeutet dies bei gleich guter Gesamttraktion gegenüber dem Gleiskörper eine wesentlich niedrigere Drehzahldifferenz bei Kurvenfahrten, zumal die Drehzahl zweier an einem Drehgestell hintereinander laufenden Räder in der Regel etwa gleich ist.
Ausserdem ist der Motor erfindungsgemäss nun an einem Ort vorgesehen, an dem er andere Einrichtungen, wie z. B. Türmechaniken etc. nicht stört. Trotzdem kann er optimal gekühlt (z. B. durch Wasserkühlung) werden, was seine Leistungsdichte erhöht.
Als Getriebe empfiehlt sich (je) ein Kegel(zahn)radgetriebe, wobei dieses wie erwähnt gegenüber dem (jeweiligen) Rad erfindungsgemäss elastisch angekuppelt ist. Diese Kupplung reduziert Motor- und Getriebebelastungen und erspart andererseits die Verwendung von kardanischen Verbindungen, für die auf einem Drehgestell infolge des relativ kurzen Radabstandes kein Platz wäre. Die Laufruhe und Geräuschminimierung wird darüber hinaus weiter verbessert, wenn die Kupplung zwischen dem Getriebe und dem zugehörigen Rad schwingungsgedämpft ist, so dass ruckartige Drehmomente vom Motor oder vom Rad ruckreduziert und gedämpft übertragen
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werden, und/oder dass Massenschwingungen des Antriebsteiles (Motor und Getriebe) reduziert auf das Rad übertragen werden.
Die zwei durch einen Motor angetriebenen Räder mit je einem Getriebe sind untereinander über die als Antriebswelle ausgebildete Motorwelle drehstarr verbunden.
Gemäss einer erfindungsgemäss möglichen Weiterbildung der Erfindung sind zwei gegenüberliegende Räder des Drehgestells mittels einer - bevorzugt starren - Achse verbunden, die u U auch einen Teil des Drehgestellrahmens bilden kann. Um durch eine solche Achse nicht wieder an Fahrzeugfussbodenhöhe zuzunehmen, sind solche Achsen bevorzugt als nach unten gekröpfte Portalachse ausgeführt. Im Rahmen der Erfindung liegen dabei auch Aufbauten mit einer
Drehmomentübertragung über solchen Achsen bzw. über in den Achsen liegenden Wellen zwischen zwei parallellaufenden Rädern.
Die bevorzugt elastische Anbringung des Motors am Drehgestell reduziert im Verband mit den elastischen Kupplungen zwischen Getriebe und Rad unerwünschte Krafteinwirkungen zwischen diesen Bauteilen. Ferner ist die elastische Kupplung vorzugsweise koaxial zum Losrad angeordnet Weiters ist es in der Praxis von Vorteil, wenn zwischen Elektromotor und Getriebe eine Zahnkupplung angeordnet ist.
Der erfindungsgemässe Aufbau erlaubt eine vorteilhafte Weiterbildung, nach der zwischen dem Motor und (einem) dem angetriebenen Rad wenigstens eine Bremseinrichtung angeordnet ist, die im Bremszustand unmittelbar oder mittelbar auf die Antriebswelle wirkt. Es kann sich dabei z. B. um eine Backenbremse, Scheibenbremse o. dgl. handeln. Durch deren guter Wirksamkeit bei hohen Drehzahlen (Motordrehzahl) kann sie besonders klein, leicht und billig sein. Ihr Einsatz zwischen Getriebe und Motor erlaubt ein Maximum an integrierter kompakter Bauweise Ausserdem ist die Bremse dort an einem gut zu belüftenden und zu kühlenden Ort angeordnet. Selbstverständlich sind alternativ oder zusätzlich auch mechanische Bremsen direkt am Rad oder auf einer parallel zum Rad laufenden und mit diesem verbundenen Bremsscheiben möglich.
Eine günstiger Radstand mit geringer Beanspruchung (Verschleiss) während Kurvenfahrten ergibt sich bei einem Abstand zwischen den Drehachsen der hintereinander liegenden Räder von ca 180 bis 200 cm.
Ein kompaktes Schienenfahrzeug ergibt sich, wenn zwei Drehgestelle mit vorzugsweise je vier Rädern vorgesehen sind, wobei der Aufbau des Schienenfahrzeugs zwischen den beiden Drehgestellen wenigstens ein Gelenk für verbessertes Kurvenfahren aufweist.
Wenn bei einem mehrteiligen Schienenfahrzeug der Aufbau des Schienenfahrzeuges zwischen zwei Drehgestellen wenigstens zwei Gelenke aufweist, zwischen denen ein Fahrzeugabschnitt über gegebenenfalls nicht angetriebene Räder auf Schienen abgestützt ist, so kann die Transportleistung ökonomisch gesteigert werden.
Eine bevorzugte Ausbildung ergibt sich, wenn alle angetriebenen Räder bzw. die zugehörigen Motore schlupf- bzw. drehmomentüberwacht und-gesteuert werden, so dass eine optimale Traktion für das gesamte Elektrofahrzeug erreicht wird.
Die Vorteile, die sich durch die Erfindung ergeben, werden im folgenden insbesondere auf Niederflur-Schienenfahrzeuge abgestellt, jedoch sind dem Fachmann nach Kenntnis dieser Anmeldung eine Vielzahl andere bzw. zusätzliche Vorteile für andere Elektrofahrzeuge klar, so dass die erfinderischen Effekte nicht nur auf Niederflur-Schienenfahrzeug beschränkt sind. Der Schutzumfang der Patentansprüche umfasst somit auch alle jene Fahrzeuge.
Weitere Details und Ausführungen der Erfindung sowie Varianten dazu ergeben sich aus den Patentansprüchen und der Zeichnung. Die dort dargestellten Figuren zeigen beispielhaft:
Fig 1 einen Prinzipaufbau eines erfindungsgemässen Drehgestelles für ein Schienenfahrzeug mit Elektroantrieb in Draufsicht;
Fig.2 eine Seitenansicht zu Fig.1;
Fig 3 ein Schienenfahrzeug mit Gelenken im Aufbau;
Fig. 4 eine Variante zum Aufbau nach Fig.3.
Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bedeuten gleiche Bauteile. Gleiche Bezugszeichen mit unterschiedlichen Indizes bedeuten ähnliche bzw funktionsähnliche Bauteile. Die Erfindung ist auf die dargestellten Ausführungsbeispiele nicht eingeschränkt.
Die Erfindung beinhaltet Varianten mit Motoren auf jeder Seite eines Elektrofahrzeuges oder auch Varianten mit Motoren nur auf einer Seite des Fahrzeuges.
Das Prinzip einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in Fig. 1 verdeutlicht : einem erfindungsgemäss vorgesehenen Drehgestell 7, das mehr oder weniger drehbar mit dem
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Fahrzeugaufbau verbunden ist, sind über elastische Silentblöcke 15 Motore 3a,bseitlich befestigt- Sie treiben über je ein Getriebe 5a, b und 5c, d je zwei Räder 2a,b und 2c, d an. Die Motor- bzw.
Antriebswelle 4a, 4b der Motore 3a,3b sind dazu mit beidseitig abstehenden Wellenstummeln ausgebildet Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, eine Variante mit einseitig oder beidseitig abragenden kurzen Wellenstücken mit einseitiger oder zweiseitiger Getriebeankupplung über eine Zahnkupplung o. dgl. zu gestalten. Ebenso ist es denkbar, zwei Motore hintereinander vorzusehen, so dass eine scheinbar durchgehende Antriebswelle zwischen den Motoren getrennt ist.
Die Antriebswellen tragen ausserdem je eine symbolisch angedeutete Bremseinrichtung 9a, 9b, z. B. eine Scheibenbremse.
Die Getriebe 5a-d sind mit den Rädern 2a-d über symbolisch angedeutete elastische Kupplungen 8a-d verbunden, um sowohl dreidimensionale Schwingungen als auch Drehmomentschwankungen abzufedern
Ein Schienenfahrzeug 10a, b gemäss Fig.3,4 verfügt über drei Fahrzeugabschnitte 12a-c, 12d-f, die über Gelenke 11a,b bzw 11c,d untereinander verbunden sind. Die Gelenke dienen der Kurventauglichkeit der Schienenfahrzeuge 10a, b. Die Abschnitte 12b und 12e sind bedarfsweise über nicht angetriebene Räder 2e, f bzw. 2g,hüber den Schienen 13 abgestützt. Es könnten aber auch einzeln angetriebene Räder sein. Die Fahrzeugbodenoberkante liegt z. B. bei 30cm über Schienenniveau.
Bei Varianten, bei denen sich zwei Motore über die Fahrzeugmitte gegenüber liegen, werden diese - bevorzugt über eine Elektronik - so angesteuert, dass sich beim Kurvenfahren Differentialwerte bei den Antriebsmomenten bzw. Umfangsgeschwindigkeiten der Räder auf beiden Seiten ergeben. Weitere Varianten sind denkbar, bei denen z.B. Rutschkupplungen zwischen Motor und je einem Rad vorgesehen sind.
Weiters kann zur Ankopplung des Motors (3) an das Getriebe (5) eine Zahnkupplung (17) vorgesehen sein.
Patentansprüche:
1. Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug (10), insbesondere Niederflurstrassenbahn, mit einem mit vier Losrädem (2) versehenen Rahmen, an dem beidseitig zwischen den in
Fahrtrichtung hintereinander angeordneten Losrädem je ein Elektromotor (3) angeordnet ist, dessen Motorwelle (4) in Fahrtrichtung verläuft und an ihren beiden Enden entweder mit je einer Gelenkwelle antriebsverbunden ist, oder dessen Motorwelle (4) zugleich die
Eingangswelle je eines an beiden Enden angeordneten Getriebes (5) bildet, wobei jedes
Getriebe (5) mit je einem Losrad (2) antriebsverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen als Drehgestell (7) ausgebildet ist und jedes Getriebe (5) mit dem zugehörigen Elektromotor (3) im Wesentlichen torsionssteif und mit dem zugeordneten
Losrad (2) über eine elastische Kupplung (8) antriebsverbunden ist.