Einzelachsantrieb für ein elektrisches Triebfahrzeug Die vorliegende Erfindung betrifft einen Einzelachs antrieb für ein elektrisches Triebfahrzeug, mit einem im Fahrgestell gelagerten elektrischen Fahrmotor, der über ein Getriebe und eine nachgiebige Kupplung mit der Treibachse verbunden ist. Der Konstruktion derar tiger Einzelachsantriebe liegt die Aufgabe zugrunde, einmal in dem begrenzten, zur Verfügung stehenden Raum einen Fahrmotor möglichst grosser Leistung unterzubringen und zum anderen die Lagerung des Fahrmotors und die Kupplungen so auszubilden, dass die Welle des Fahrmotors und die Treibachse sich in beliebiger Weise gegeneinander bewegen können, damit von der Schiene herrührende Stösse bzw. pulsierende Drehmomente des Fahrmotors abgedämpft und nicht übertragen werden.
Gemäss der Erfindung ist der Fahrmotor pendelnd im Fahrgestell gelagert und trägt nur auf einer Seite ein starr mit dem Motorgehäuse verbundenes Getriebe, dessen Grossrad die Treibachse mit Spiel umgibt und über eine kardanische Kupplung mit dieser verbunden ist.
Treten zwischen der angetriebenen und der antrei benden Welle winklige Bewegungen auf, so werden diese von der kardanischen Kupplung aufgenommen. Relativbewegungen zwischen Fahrgestell und Treib- achse in vertikaler Richtung werden dagegen durch die pendelnde Lagerung des Fahrmotors ermöglicht. Mithin erfüllt der gemäss der Erfindung ausgebildete Antrieb die Forderungen nach freier Beweglichkeit der Wellen gegeneinander.
Zum anderen wird durch die notwendigen Übertragungsmittel nur wenig Raum be ansprucht, da nur eine einzige, auf nur einer Seite an gebrachte Kupplung erforderlich ist, so dass der ver bleibende Raum für den Fahrmotor voll ausgenutzt werden kann, dessen Leistung bekanntlich um so grös- ser ist, je grösser der zur Verfügung stehende Raum ist.
Die Verwendung von kardanisch beweglichen Kupplungen ist bei elektrischen Triebfahrzeugen an sich bereits bekannt. Bei bekannten derartigen Antrie- ben ist der Fahrmotor im Drehgestell fest gelagert und zur Verbindung zwischen der Fahrmotorwelle und der Treibachse dienen jeweils zwei kardanisch bewegliche Kupplungen, die hintereinandergeschaltet und unterein ander durch eine Hohlwelle, welche die Treibachse mit Spiel umgibt, verbunden sind.
Bei diesen bekannten Antrieben sind daher jeweils zwei kardanisch bewegliche Kupplungen und eine sie verbindende Hohlwelle erforderlich. Ausserdem erfor dert der im Fahrgestell fest eingebaute Motor einen Mindestabstand zwischen jeweils Motorgehäuse/Hohl welle und Hohlwelle/Treibachse, der alle auftretenden Spiele und Toleranzen berücksichtigt. Dies bedeutet gegenüber dem Antrieb nach der Erfindung einen wesentlich grösseren Raumbedarf und grösseren Auf wand für die Übertragungsglieder.
Die Bodenfreiheit zwischen dem im Gehäuse fest gelagerten Grossrad und der Schienenoberkante wird bei einem fest im Fahrgestell gelagerten Motor zusätz lich um die Fahrgestellfederung vermindert. Hierdurch wird ein maximaler Durchmesser für das Grossrad festgelegt. Da beim Antrieb gemäss der Erfindung in folge der pendelnden Lagerung des Fahrmotors nur eine eventuelle vorhandene und wesentlich geringere radiale Federung der kardanischen Kupplung berück sichtigt werden muss, kann das Grossrad entsprechend grösser gestaltet werden. Bei einer festliegenden, grösstmöglichen Übersetzung bedeutet dies, dass die Zentrale (Mittenabstand Fahrmotorwelle-Treibachse) grösser ist, wodurch der Motordurchmesser zusätzlich grösser ausgeführt werden kann (grösseres Drehmo ment, grössere Leistung).
Man kann aber auch eine grössere Übersetzung wählen, was eine höhere Motor drehzahl ermöglicht, die wiederum zu einer Leistungs steigerung führt.
Gemäss einer Weiterausbildung der Erfindung kann die kardanische Kupplung in radialer Richtung federnd ausgebildet sein. Dadurch kann ein Teil der bei Schie- nenstössen auftretenden radialen Bewegungen des An triebes bereits von der kardanischen Kupplung aufge- nommen werden, so dass der Fahrmotor von den ent sprechenden Stössen entlastet wird. Es ist ferner zweckmässig, die kardanische Kupplung oder die im Getriebe - das ein- oder mehrstufig sein kann - ver wendeten Zahnräder drehelastisch auszubilden.
Die Drehelastizität im Antrieb wirkt sich in bekannter Weise beim Anfahren schonend für den Kommutator des elektrischen Fahrmotors aus und dämpft eventuelle Drehmomentpulsationen. Ausserdem werden durch die Drehelastizität von den vertikalen Bewegungen des Treibradsatzes hervorgerufene Zahnradstösse und Drehbeschleunigungen kompensiert. Man kann weiter hin eine axiale Beweglichkeit der kardanischen Kupp lung vorsehen, was vorteilhaft ist, wenn ein grösseres Querspiel zwischen der Treibachse und dem Fahrge stell auftritt.
Als kardanische Kupplung zwischen dem Grossrad und der Treibachse - die auch auf der Aussenseite des Treibrades angeordnet sein kann - können die ver schiedenartigsten Elemente verwendet werden, die jeweils in bekannter Weise eine winklige Lage der bei den verbundenen Wellen zueinander zulassen, wie z. B. Kardankreuzgelenke, Lenker mit elastisch oder als Kugelgelenke ausgebildeten Gelenkpunkten usw.
Um den Verschleiss und auch die erforderliche Wartung herabzusetzen, empfielt es sich, die kardani sche Kupplung aus Elementen aus gummielastischem Material zu bilden, wie z. B. einteilige Gummiringfe dern oder Ringfedersegmente oder Gummihülsenfe dern. Man kann ferner die kardanische Kupplung aus mehreren hintereinandergeschalteten Elementen zu sammensetzen, um verschiedene Eigenschaften, wie z. B. Drehelastizität bzw. Abfederung in radialer oder axialer Richtung, zu kombinieren.
In einer Ausbildungsform des Erfindungsgegenstan des ist es zweckmässig, die Lagerungen des Fahrmotors im Fahrgestell federnd auszubilden. Der Fahrmotor kann insbesondere an zwei Punkten drehbeweglich im Fahrgestell gelagert sein. Dadurch führt der Motor um eine durch diese beiden Punkte festgelegte Achse Dre hungen aus, welche jeweils vertikale Bewegungen der Achse ausgleichen. Es ist vorteilhaft, diese Drehachse in die Nähe des Schwerpunktes des Fahrmotors zu legen, weil dadurch die kardanische Kupplung entlastet wird.
Im folgenden sei der Erfindungsgegenstand anhand der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbei spiele näher erläutert: Fig.1 zeigt die Seitenansicht eines Einzelachsan triebes eines elektrischen Triebfahrzeuges, der gemäss der Erfindung ausgebildet ist.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie I-I in Fig. 1.
Die Fig. 3 bis 5 zeigen jeweils unterschiedlich aus gebildete kardanische Kupplungen als Verbindung zwi schen dem Grossrad und dem Treibrad.
Der in Fig.1 und 2 gezeigte Einzelachsantrieb eines elektrischen, auf Schienen laufenden Triebfahr zeuges, besteht aus dem zwischen den Treibrädern 1 liegenden elektrischen Fahrmotor 2, der neben der Treibachse 3 angeordnet ist. Am Gehäuse des Fahrmo tors 2 sind zwei Tragarme 4 und 5 befestigt, die über elastisch und kugelig ausgebildete Lager 6 und 7 im Träger des Fahr- oder Drehgestells 8 des Triebfahrzeu ges gelagert sind. Dadurch ist der Motor im Fahrgestell pendelnd aufgehängt. Es ist ausserdem hinsichtlich der möglichen Bewegungen so festgelegt, dass er nur eine Drehbewegung um die durch die Lager 6 und 7 festge legte Drehachse 9 ausführen kann. Die Drehachse 9 fällt bei diesem Ausführungsbeispiel mit der Mitte der Läuferwelle 10 des elektrischen Fahrmotors zusam men.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Anordnung auch so getroffen werden kann, dass sich der Motor um eine andere Drehachse bewegt, wobei die Lager auch ohne Tragarme unmittelbar am Motorgehäuse befestigt sein können.
Am Gehäuse des Fahrmotors 2 ist ausserdem der Ansatz 11 starr befestigt, der die Treibachse 3 mit Spiel umgibt und auf dem das Grossrad 12 drehbar gelagert ist. Das Getriebe 13, welches zur Übertragung des Drehmomentes dient und aus dem Grossrad 12 und dem von der Läuferwelle des Fahrmotors angetrie benen Ritzel 14 besteht, ist also starr mit dem Motor gehäuse verbunden. Zur Verbindung zwischen dem Grossrad 12 und dem Treibrad 1 bzw. der Treibachse 3 dient die kardanische Kupplung 15, die aus Gummi ringfedersegmenten besteht, die bei radialen Bewegun gen des Treibradsatzes auf Druck und bei kardani schen bzw. axialen Bewegungen auf Schub beansprucht werden. Die Ringfedersegmente sind zur Zierabsetzung der auftretenden Zugspannungen durch nicht darge stellte Mittel auf Druck vorgespannt.
Die Befestigung der Ringfedersegmente der karda nischen Kupplung kann so ausgebildet sein, dass die radial aussen liegenden metallischen Befestigungsteile der Ringfedersegmente mit dem Grossrad und die radial innen liegenden metallischen Befestigungsteile der Ringfedersegmente mit dem Treibrad verbunden sind. Dies hat den Vorteil, dass die Bremswärme nicht unmittelbar, sondern erst über einen weiten Weg auf die Gummiteile übertragen wird. Man kann die Befesti gung aber auch umgekehrt ausbilden. In diesem Falle kann die Dichtung des Zahnradkastens auf einem klei neren Durchmesser angeordnet werden, was sich gün stig für die Abdichtung und die Lebensdauer der Dich tung auswirkt.
Die Bindefläche zwischen dem Gummi und den metallischen Befestigungsteilen der als kardanische Kupplung verwendeten Gummiringfeder kann zylin drisch, kegelig oder kugelig ausgebildet sein oder aus einer Kombination dieser Flächen bestehen.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die kardanische Kupplung aus Gummihülsenfe dern, deren äussere metallischen Befestigungsteile 16 mit Hilfe von auf der Aussenseite des Treibrades 1 zugänglichen Bolzen 17 am Treibrad befestigt sind. Der Innenbolzen 18 der Gummihülsenfeder ist am Grossrad 12 befestigt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer aus mehre ren hintereinandergeschalteten Elementen zusammen gesetzten kardanischen Kupplung 15 zeigen die Fig.4 und 5. Am Körper des Grossrades 12 sind mehrere Lenker 21 angeordnet, die jeweils kugelig ausgebildete, elastische Gelenkpunkte 22 und 23 aufweisen. Der andere nicht mit dem Grossrad verbundene Gelenk punkt 23 der Lenker 21 ist jeweils mit einem Flansch 24 verbunden, der in zwei gegenüberliegende Ansätze 25 ausläuft. Zwischen den Ansätzen 25 sind zwei par allelgeschaltete Gummiringfedern 26 einvulkanisiert, deren gemeinsamer metallischer Mittelteil 27 mit dem Treibrad verbunden ist.
Die Gummiringfedern 26 wer den also bei radialen Bewegungen auf Schub bean sprucht. Die Lenker sind in ihrer Anzahl und in ihrer gegenseitigen Lage so zu wählen, dass sie den Flansch 24 zentrieren. Durch diese Hintereinanderschaltung von Lenkern und Gummiringfedern besitzt die karda nische Kupplung 15 eine grosse Nachgiebigkeit gegen über Bewegungen in radialer und auch in axialer Rich tung.
Single-axle drive for an electric traction vehicle The present invention relates to a single-axle drive for an electric traction vehicle, with an electric traction motor mounted in the chassis, which is connected to the drive axle via a transmission and a flexible coupling. The construction of such term single-axle drives is based on the task of accommodating a traction motor with the greatest possible power in the limited space available and, on the other hand, of designing the bearing of the traction motor and the couplings so that the shaft of the traction motor and the drive axle can be moved in any way can move against each other so that shocks or pulsating torques of the traction motor originating from the rail are dampened and not transmitted.
According to the invention, the traction motor is pivoted in the chassis and carries a gear rigidly connected to the motor housing on only one side, the large wheel of which surrounds the drive axle with play and is connected to it via a cardanic coupling.
If angular movements occur between the driven shaft and the driving shaft, these are absorbed by the cardanic coupling. In contrast, relative movements between the chassis and the driving axle in the vertical direction are made possible by the pendulum mounting of the traction motor. The drive designed according to the invention therefore fulfills the requirements for the shafts to move freely with respect to one another.
On the other hand, the necessary transmission means only take up little space, since only a single coupling is required on only one side, so that the remaining space can be fully used for the traction motor, whose performance is known to be all the greater is, the larger the available space is.
The use of gimbal-mounted couplings is already known per se in electric traction vehicles. In known drives of this type, the traction motor is fixedly mounted in the bogie and the connection between the traction motor shaft and the drive axle is made up of two gimbal-mounted couplings, which are connected in series and connected to one another by a hollow shaft which surrounds the drive axle with play.
In these known drives, two gimbal-mounted couplings and a hollow shaft connecting them are therefore required. In addition, the motor built into the chassis requires a minimum distance between the respective motor housing / hollow shaft and hollow shaft / drive axle, which takes into account all the play and tolerances that occur. Compared to the drive according to the invention, this means a much larger space requirement and greater on wall for the transmission members.
The ground clearance between the large wheel fixed in the housing and the upper edge of the rail is additionally reduced by the chassis suspension in the case of a motor fixed in the chassis. This defines a maximum diameter for the large wheel. Since in the drive according to the invention, as a result of the oscillating mounting of the traction motor, only a possible existing and significantly lower radial suspension of the cardanic coupling has to be taken into account, the large wheel can be made correspondingly larger. With a fixed, largest possible gear ratio, this means that the central unit (center-to-center distance between the drive motor shaft and the drive axis) is larger, which means that the motor diameter can also be made larger (greater torque, greater power).
But you can also choose a larger gear ratio, which enables a higher engine speed, which in turn leads to an increase in performance.
According to a further development of the invention, the cardanic coupling can be designed to be resilient in the radial direction. As a result, some of the radial movements of the drive that occur in the event of rail impacts can already be absorbed by the cardanic coupling, so that the traction motor is relieved of the corresponding impacts. It is also useful to form the gimbal coupling or the gears used in the transmission - which can be one or more stages - to be torsionally flexible.
The torsional elasticity in the drive is known to have a gentle effect on the commutator of the electric traction motor when starting up and dampens any torque pulsations. In addition, the torsional elasticity of the vertical movements of the drive wheel set compensates for gear shocks and rotational accelerations. You can also provide an axial mobility of the cardan hitch ment, which is advantageous when a larger transverse play between the drive axis and the Fahrge alternate occurs.
As a cardanic coupling between the large wheel and the drive axle - which can also be arranged on the outside of the drive wheel - the most diverse elements can be used, each of which in a known manner allow an angular position of the connected shafts to each other, such. B. Cardan universal joints, handlebars with elastic or ball-and-socket joints, etc.
In order to reduce the wear and tear and the maintenance required, it is advisable to form the kardani cal coupling from elements made of rubber-elastic material, such as. B. one-piece Gummiringfe countries or annular spring segments or Gummihülsenfe countries. You can also assemble the cardanic coupling from several elements connected in series to achieve different properties, such as. B. torsional elasticity or cushioning in the radial or axial direction to combine.
In one embodiment of the subject matter of the invention, it is expedient to design the bearings of the traction motor in the chassis to be resilient. The traction motor can in particular be rotatably mounted in the chassis at two points. As a result, the motor rotates around an axis defined by these two points, each of which compensates for vertical movements of the axis. It is advantageous to place this axis of rotation in the vicinity of the center of gravity of the drive motor, because this relieves the load on the cardanic coupling.
In the following, the subject of the invention will be explained in more detail with reference to the Ausführungsbei games shown in FIGS. 1 to 5: Fig.1 shows the side view of a single axle drive of an electric traction vehicle which is designed according to the invention.
FIG. 2 shows a section along the line I-I in FIG. 1.
3 to 5 each show differently formed cardanic couplings as a connection between tween the large wheel and the drive wheel.
The single axle drive shown in FIGS. 1 and 2 of an electric motor vehicle running on rails consists of the electric traction motor 2 located between the drive wheels 1, which is arranged next to the drive axle 3. On the housing of the Fahrmo sector 2, two support arms 4 and 5 are attached, which are mounted via elastic and spherical bearings 6 and 7 in the carrier of the chassis or bogie 8 of the Triebfahrzeu sat. This means that the engine is suspended in the chassis in a pendulum fashion. It is also determined with regard to the possible movements that it can only perform a rotary movement about the axis of rotation 9 fixed by the bearings 6 and 7. In this embodiment, the axis of rotation 9 coincides with the center of the rotor shaft 10 of the electric traction motor.
It should be pointed out that the arrangement can also be made such that the motor moves about a different axis of rotation, with the bearings also being able to be fastened directly to the motor housing without support arms.
On the housing of the traction motor 2, the extension 11 is also rigidly attached, which surrounds the drive axle 3 with play and on which the large wheel 12 is rotatably mounted. The gear 13, which is used to transmit the torque and consists of the large gear 12 and the driven by the rotor shaft of the drive motor enclosed pinion 14, is rigidly connected to the motor housing. To connect the large wheel 12 and the drive wheel 1 or the drive axle 3, the cardanic coupling 15, which consists of rubber ring spring segments, which are claimed in radial movements of the drive wheel set on pressure and in kardani rule or axial movements on thrust. The ring spring segments are preloaded for decorative deposition of the tensile stresses that occur through means not illustrated.
The fastening of the annular spring segments of the cardan coupling can be designed so that the radially outer metallic fastening parts of the annular spring segments are connected to the large wheel and the radially inner metallic fastening parts of the annular spring segments are connected to the drive wheel. This has the advantage that the braking heat is not transferred directly to the rubber parts, but only over a long distance. You can train the fastening but vice versa. In this case, the seal of the gear case can be arranged on a smaller diameter, which has a beneficial effect on the seal and the life of the device.
The bonding surface between the rubber and the metallic fastening parts of the rubber ring spring used as a cardanic coupling can be cylin drical, conical or spherical or consist of a combination of these surfaces.
In the embodiment shown in Fig. 3, the cardanic coupling consists of Gummihülsenfe countries whose outer metallic fastening parts 16 are attached to the drive wheel by means of bolts 17 accessible on the outside of the drive wheel 1. The inner pin 18 of the rubber sleeve spring is attached to the large wheel 12.
4 and 5 show a further embodiment of a gimbal coupling 15 composed of several elements connected in series. The other not connected to the large wheel articulation point 23 of the handlebars 21 is each connected to a flange 24 which expires in two opposing lugs 25. Between the lugs 25 two par allel connected rubber ring springs 26 are vulcanized, the common metallic middle part 27 of which is connected to the drive wheel.
The rubber ring springs 26 who thus claimed bean in radial movements on thrust. The number of the links and their mutual position should be selected so that they center the flange 24. Through this series connection of links and rubber ring springs, the cardan coupling 15 has a great resilience to movements in the radial and also in the axial direction Rich.