CH378360A - Single axle drive for electrically operated vehicles - Google Patents

Single axle drive for electrically operated vehicles

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Publication number
CH378360A
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Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
drive
pinion
shaft
single axle
hand
Prior art date
Application number
CH366960A
Other languages
German (de)
Inventor
Albert Dipl Ing Fehr
Original Assignee
Bbc Brown Boveri & Cie
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
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Publication of CH378360A publication Critical patent/CH378360A/en

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/50Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive with the coupling parts connected by one or more intermediate members
    • F16D3/72Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive with the coupling parts connected by one or more intermediate members with axially-spaced attachments to the coupling parts
    • F16D3/74Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive with the coupling parts connected by one or more intermediate members with axially-spaced attachments to the coupling parts the intermediate member or members being made of rubber or other rubber-like flexible material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61CLOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C9/00Locomotives or motor railcars characterised by the type of transmission system used; Transmission systems specially adapted for locomotives or motor railcars
    • B61C9/38Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion

Description

  

  Einzelachsantrieb für elektrisch betriebene Fahrzeuge    Für die Kraftübertragung zwischen Motor und  Triebrädern bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen  ist es bekannt, die kraftschlüssige Verbindung zwi  schen dem am Triebmotor gelagerten Getriebegross  rad und der Radachse durch einen Mitnehmerstern  zu bewerkstelligen, dessen Mitnehmerarme radial und  tangential verschiebbar in die die Kupplungsfedern  enthaltenden Federkammern des Grossrades eingrei  fen. Bei dieser Art Federkupplung wird einerseits die  notwendige Relativbewegung zwischen Triebachse  und Motor ermöglicht und anderseits eine sehr er  wünschte Federung in Umfangsrichtung erzielt. Nach  dem gleichen Bauprinzip werden neuerdings auch An  triebe konstruiert, bei denen anstelle der Federn vor  nehmlich auf Schub beanspruchte Gummielemente  zwischen Getriebegrossrad und Mitnehmerstern ange  ordnet sind.

    



  Diesen Lösungen wird mitunter vorgehalten, dass  sie bei ihrer Anwendung im Triebwagenbau eine un  erwünschte Versteifung der Achsfederung im Dreh  gestell mit sich bringen. Im Hinblick auf die Bequem  lichkeit der Reisenden werden sowohl geringe Trieb  raddurchmesser als auch ein möglichst grosses Verti  kalspiel der Achsen gegenüber dem Drehgestell an  gestrebt. Kleine Raddurchmesser beschränken jedoch  das für den Antrieb verfügbare Bauvolumen, so dass  aus konstruktiven Gründen dem erwähnten Spiel mit  unter Grenzen gesetzt sind.  



  Beim sogenannten Scheibenantrieb und den mit  ihm verwandten Konstruktionen, wo das Drehmoment  mittels einer Kardanwelle übertragen wird, die einer  seits mit der Hohlwelle des Motors und anderseits mit  der Ritzelwelle des Übersetzungsgetriebes über Ring  scheiben bzw. Scheibenfedern gekuppelt wird, ist eine  versteifende Wirkung auf die Achsfederung praktisch  nicht vorhanden. Da die der beweglichen Drehmo  mentübertragung dienende Kardanwelle auf der Rit-    zelseite des Getriebes angreift, kommt das vertikale  Achsspiel nur in vermindertem Ausmass zur Geltung,  und es sind auch die zentrierenden Kräfte der     Kar-          dananordnung    bedeutend schwächer. Anderseits wird  die Ausrüstung der Triebmotoren mit einer Hohlwelle  mitunter als nachteilig empfunden.  



  Die vorliegende Erfindung bezieht sich nunmehr  auf einen Einzelachsantrieb für elektrisch betriebene  Fahrzeuge mit Stirnradübersetzung zwischen der  Triebradachse und dem im Drehgestell gelagerten An  triebsmotor, dessen Drehmoment mittels einer  Gummielemente aufweisenden Kupplung übertragen  wird, bei welchem die erwähnten Nachteile vermie  den werden sollen. Gemäss der Erfindung wird dies  dadurch erreicht, dass die radial und tangential ela  stische Kupplung einerseits mit der Motorwelle und  anderseits mit der Welle des Getrieberitzels unmittel  bar in Verbindung steht, wobei das Getrieberitzel in  einem Getriebekasten gelagert ist, der sich einerseits  auf die Triebradachse abstützt und anderseits am  Drehgestell pendelnd aufgehängt ist.  



  An Hand der Zeichnung sei die Erfindung näher  erläutert, und zwar zeigen die Fig. 1 und 2 ein Aus  führungsbeispiel in Aufriss bzw. Grundriss, wobei  Fig. 1 einen Schnitt nach der Linie A -A der Fig. 2  darstellt.  



  Wie aus diesen Figuren hervorgeht, steht das auf  der Triebachse 1 fest angeordnete grosse Antriebs  zahnrad 2 mit dem Ritzel 3 in Eingriff. Dieses ist in  einem steifen Radkasten 4 gelagert, welcher sich  einerseits über     Wälzlager    auf die Nabe des Zahnrades  2 abstützt und anderseits am Zapfen 9 über eine Kup  pelstange 10 am Drehgestell pendelnd aufgehängt ist.  Der aus dem Radkasten 4 tretende Wellenstummel  des     Ritzels    3 trägt eine     Mitnehmerscheibe    5, der eine  ähnliche, mit der Welle 1 des Triebmotors 8 verbun  dene     Mitnehmerscheibe    7 gegenübersteht. Zwischen      beiden Scheiben ist     eine    Anzahl von Gummielemen  ten 6 angeordnet, deren Metallarmaturen 6' mit den  Scheiben 5 und 7 verschraubt sind.

   Diese Scheiben  und Gummielemente bilden somit eine in tangentialer  und radialer Richtung elastische Kupplung zwischen  Triebmotor 8 und Getrieberitzel 3, wobei die Gummi  elemente 6 der Kupplung hauptsächlich auf Schub  beansprucht werden. Durch die pendelnde Aufhän  gung des Getriebekastens am Drehgestell kann er  reicht werden, dass die Zentren des Ritzels 3 und der  Motorwelle 11 bei halber Fahrzeugnutzlast zusam  menfallen.  



  Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass die Vertikal  bewegungen des Triebradsatzes an der Kupplung in  einem     verminderten    Ausmass in Erscheinung treten,  das durch das Abstandsverhältnis des Aufhängepunk  tes beim Zapfen 9 zum Ritzel- bzw. Triebachszen  trum gegeben ist. Die durch die Achsbewegung be  dingte Formänderung der Gummielemente ist ent  sprechend kleiner. Im gleichen Verhältnis geht auch  die Wirkung der mit der Deformation dieser Elemente  verbundenen Rückstellkräfte auf die Triebachse zu  rück. Dazu kommt, dass die Kupplung bei Anordnung  auf der Ritzelseite des Getriebes nur für das Motor  drehmoment ausgelegt werden muss.

   Ihre     Dimen-          sionierung    wird     erleichtert,    und es ist in vielen Fällen  eine weitere Reduktion der Rückstellkräfte möglich.  



  Im Beispiel der Fig. 1 und 2 wird die Elastizität  in einer Stufe und unter Verwendung sektorförmiger  Gummielemente erzielt. Selbstverständlich können für  die     letzteren    auch andere Formen und Anordnungen  gewählt werden, insbesondere lässt sich von der Mög  lichkeit der Vorspannung Gebrauch machen. Es ist  aber auch die Serieschaltung elastischer Verbindungen  denkbar. Eine solche, zur Erzielung grosser Dreh  elastizität besonders geeignete Anordnung ist in den  Fig. 3 im Längs- und in Fig. 4 im Querschnitt darge  stellt.  



  Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht die Kupp  lung aus einem inneren Kranz von beispielsweise sek  torförmigen Gummielementen 12 und einem äusseren  Kranz aus segmentförmigen Gummielementen 13.  Der innere Kranz 12, der radiale und tangentiale Ver-    schiebungen ermöglicht, steht einerseits über eine Mit  nehmerscheibe 14 mit der Welle des Ritzels 3 und  anderseits über ein Zwischenstück 15 mit dem äusse  ren Kranz 13 in Verbindung, der der Kupplung vor  wiegend tangentiale Elastizität verleiht. Der äussere  Kranz 13 ist über eine Mitnehmerscheibe 16 mit der       Motorwelle    fest verbunden und übernimmt ausserdem  die Winkeländerungen zwischen Ritzel und Motor  welle, wie sie sich bei einseitigem Anheben eines Rad  satzes ergeben können.



  Single axle drive for electrically powered vehicles For power transmission between the engine and drive wheels in electrically powered vehicles, it is known to accomplish the frictional connection between the large gear mounted on the drive motor and the wheel axle by means of a drive spider, the drive arms of which can be moved radially and tangentially into the clutch springs containing spring chambers of the large wheel engrei fen. With this type of spring clutch, on the one hand, the necessary relative movement between the drive axis and motor is made possible and, on the other hand, a very desired suspension in the circumferential direction is achieved. Recently, the same construction principle has also been used to design drives in which instead of the springs, rubber elements that are primarily subjected to thrust are arranged between the large gear wheel and the drive spider.

    



  These solutions are sometimes held to be the fact that they bring an undesirable stiffening of the axle suspension in the bogie when used in railcar construction. With regard to the convenience of travelers, both small drive wheel diameters and the largest possible vertical play of the axes with respect to the bogie are sought. However, small wheel diameters limit the structural volume available for the drive, so that, for structural reasons, the mentioned play is also subject to limits.



  In the case of the so-called disc drive and the constructions related to it, where the torque is transmitted by means of a cardan shaft, which is coupled to the hollow shaft of the motor on the one hand and to the pinion shaft of the transmission gear via ring discs or disc springs, has a stiffening effect on the axle suspension practically nonexistent. Since the cardan shaft, which is used for moving torque transmission, engages on the pinion side of the gear unit, the vertical axial play is only shown to a lesser extent, and the centering forces of the cardan arrangement are also significantly weaker. On the other hand, equipping the drive motors with a hollow shaft is sometimes felt to be disadvantageous.



  The present invention now relates to a single axle drive for electrically powered vehicles with spur gear ratio between the drive wheel axle and the drive motor mounted in the bogie, the torque of which is transmitted by means of a clutch having rubber elements, in which the disadvantages mentioned are to be avoided. According to the invention, this is achieved in that the radial and tangential elastic coupling is directly connected to the motor shaft on the one hand and to the shaft of the gear pinion on the other hand, the gear pinion being mounted in a gear box which is supported on the one hand on the drive wheel axle and on the other hand is suspended pendulum on the bogie.



  The invention will be explained in more detail with reference to the drawing, namely FIGS. 1 and 2 show an exemplary embodiment in elevation or plan, FIG. 1 being a section along the line A -A of FIG.



  As can be seen from these figures, the large drive gear 2, which is fixedly arranged on the drive axle 1, engages with the pinion 3. This is mounted in a stiff wheel arch 4, which is supported on the one hand by roller bearings on the hub of the gear 2 and on the other hand is suspended pendulum on the pin 9 via a Kup pelstange 10 on the bogie. The emerging from the wheel arch 4 stub shaft of the pinion 3 carries a drive plate 5, which is a similar, with the shaft 1 of the engine 8 verbun dene drive plate 7 is opposite. Between the two discs a number of Gummielemen th 6 is arranged, the metal fittings 6 'with the discs 5 and 7 are screwed.

   These discs and rubber elements thus form an elastic coupling in the tangential and radial direction between the drive motor 8 and the gear pinion 3, the rubber elements 6 of the coupling being mainly subjected to thrust. Due to the pendulum suspension of the gear box on the bogie, it can be enough that the centers of the pinion 3 and the motor shaft 11 coincide with half the vehicle payload.



  It is readily apparent that the vertical movements of the drive gear set on the clutch appear to a reduced extent, which is given by the distance ratio of the suspension point at the pin 9 to the pinion or drive axis center. The change in shape of the rubber elements caused by the axis movement is correspondingly smaller. The effect of the restoring forces associated with the deformation of these elements on the drive axis also goes back in the same ratio. In addition, if the clutch is arranged on the pinion side of the gearbox, it only has to be designed for the engine torque.

   Their dimensioning is made easier, and in many cases a further reduction in the restoring forces is possible.



  In the example of FIGS. 1 and 2, the elasticity is achieved in one step and using sector-shaped rubber elements. Of course, other shapes and arrangements can also be selected for the latter; in particular, the possibility of biasing can be used. The series connection of elastic connections is also conceivable. Such an arrangement, which is particularly suitable for achieving great torsional elasticity, is shown in FIG. 3 in the longitudinal direction and in FIG. 4 in cross section.



  In this embodiment, the hitch consists of an inner ring of, for example, sec-gate-shaped rubber elements 12 and an outer ring of segment-shaped rubber elements 13. The inner ring 12, which enables radial and tangential displacements, is on the one hand via a drive plate 14 with the shaft of the pinion 3 and on the other hand via an intermediate piece 15 with the outer rim 13 in connection, which gives the coupling mainly tangential elasticity. The outer rim 13 is firmly connected to the motor shaft via a drive plate 16 and also takes over the changes in angle between the pinion and motor shaft, as they can result from one-sided lifting of a wheel set.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Einzelachsantrieb für elektrisch betriebene Fahr zeuge, mit Stirnradübersetzung zwischen der Trieb radachse und dem im Drehgestell gelagerten Antriebs motor, dessen Drehmoment mittels einer Gummiele mente aufweisenden Kupplung übertragen wird, da durch gekennzeichnet, dass die radial und tangential elastische Kupplung einerseits mit der Motorwelle und anderseits mit der Welle des Getrieberitzels unmittel bar in Verbindung steht, wobei das Getrieberitzel in einem Getriebekasten gelagert ist, der sich einerseits auf die Triebradachse abstützt und anderseits am Drehgestell pendelnd aufgehängt ist. UNTERANSPRÜCHE 1. PATENT CLAIM Single axle drive for electrically operated vehicles, with spur gear ratio between the drive wheel axle and the drive motor mounted in the bogie, the torque of which is transmitted by means of a coupling with rubber elements, as characterized in that the radially and tangentially elastic coupling on the one hand with the motor shaft and on the other is directly connected to the shaft of the pinion, the pinion being mounted in a gear box which is supported on the one hand on the drive wheel axle and on the other hand is suspended on the bogie in a pendulous manner. SUBCLAIMS 1. Einzelachsantrieb nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Kupplung sektorför- mige Gummielemente aufweist, die zwischen zwei Mitnehmerscheiben befestigt sind, wobei die eine Scheibe auf der Motorwelle und die andere Scheibe auf der Ritzelwelle fest angeordnet ist. 2. Einzelachsantrieb nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Kupplung zwei durch Gummielemente gebildete konzentrische Kränze auf weist, die mittels eines Zwischenstückes in Reihe ge schaltet sind, wobei der eine Kranz über eine Mit nehmerscheibe mit der Motorwelle und der andere Kranz über eine Mitnehmerscheibe mit der Ritzel- welle in Verbindung steht. Single axle drive according to patent claim, characterized in that the coupling has sector-shaped rubber elements which are fastened between two drive disks, one disk being fixedly arranged on the motor shaft and the other disk on the pinion shaft. 2. Single axle drive according to claim, characterized in that the coupling has two concentric rings formed by rubber elements, which are switched in series by means of an intermediate piece, one ring via a drive plate with the motor shaft and the other ring via a drive plate is in connection with the pinion shaft. 3. Einzelachsantrieb nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Gummielemente vor gespannt sind. 3. Single axle drive according to claim, characterized in that the rubber elements are stretched before.
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EP0245668B2 (en) * 1986-05-14 1993-02-10 Maschinenfabrik Stromag GmbH Highly flexible shaft coupling

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