CH627136A5

CH627136A5 - Drive arrangement for railway locomotive driven by electric motors

Info

Publication number: CH627136A5
Application number: CH218678A
Authority: CH
Inventors: Wilhelm Koch
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1977-03-03
Filing date: 1978-03-01
Publication date: 1981-12-31
Also published as: SE7802337L; ATA13978A; NL7802403A; DE2709177A1; AT352175B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsanordnung für ein durch Elektromotoren angetriebenes Schienentriebfahrzeug mit fest im Drehgestell oder im Hauptrahmen angeordnetem Motor und Getriebe, bei der eine die Treibachse umgebende Kardanhohlwelle zur Kraftübertragung zwischen dem Grossrad und dem Treibrad dient, deren Enden kardanisch-elastische, axial bewegliche Kupplungen tragen, welche als Gelenkhebelkupplung ausgeführt sind, bei der jeder der Gelenkhebel an seinen beiden Enden jeweils ein sphärisches Gelenk aufweist, von denen das eine am treibenden Teil der Kupplung — Grossrad bzw. Kardanwelle — und das andere am angetriebenen Teil der Kupplung — Kardanwelle bzw. Treibrad — angreift. Eine solche Anordnung ist aus der DT-PS 1 253 524 bekannt.

Bei einer anderen bekannten Antriebsanordnung für Schienentriebfahrzeuge mit einer Kardanhohlwelle ist am einen Ende der Kardanhohlwelle eine Gummiringfeder und am anderen Ende der Kardanhohlwelle eine zentrische Gelenkhebelkupplung angeordnet (OE-PS 246 225). Bei dieser bekannten Antriebsanordnung hat die Gummihülsenfeder die Aufgabe, die gewünschte bzw. erforderliche Drehelastizität herbeizuführen und die zentrische Gelenkhebelkupplung die axiale Bewegungsmöglichkeit des Treibradsatzes ohne grosse Rückkräfte zu gewährleisten. Ausserdem müssen beide Kupplungen eine kardanische Bewegungsmöglichkeit aufweisen, um eine Vertikaleinfederung des Treibradsatzes bei kleinen Rückkräften zuzulassen. Diese Umfangselastizität ist insbesondere bei von Einphasenwechselstrom gespeisten Antriebsmotoren erforderlich, um Pulsationen des Drehmomentes zu reduzieren und einen Kollektorvorlauf bei Kommutatormotoren zu ermöglichen.

Aus Gründen einer optimalen Ausnutzung der Reibkraft ist es zweckmässig, die umfangselastischen Kupplungselemente möglichst hartelastisch auszuführen.

Bei Schienentriebfahrzeugen mit frequenzgesteuerten Drehstromantriebsmotoren sind die Amplituden der zu erwartenden Drehmomentpulsationen wesentlich kleiner, als bei vom Einphasenkommutatormotoren angetriebenen Triebfahrzeugen, bei welchen das Drehmoment mit der doppelten Speisefrequenz zwischen Null und dem Maximalwert schwankt. Bei Fahrzeugen mit Drehstromantriebsmotoren mit Frequenzsteuerung treten jedoch Oberschwingungen in verschiedenen Frequenzen auf. Der Aufwand, diese Oberschwingungen durch schaltungstechnische Massnahmen zu beseitigen, ist relativ gross, so dass bei praktisch ausgeführten Umrichtern mit veränderbarer Frequenz ein gewisser Oberschwingungsanteil im Motorstrom hingenommen werden muss, welcher zu Pendelmomenten des Antriebsmotors führt. Diese Pendelmomente führen, wie eine rechnerische Untersuchung ergab, bei einem Antrieb der eingangs erwähnten Art zu axialen Schwingungen der Kardanwelle.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Kraftübertragungseinrichtung vom Antriebsmotor zur Treibachse für von Umrichter gespeisten Drehstrommotoren angetriebene Triebfahrzeuge zu schaffen, welche die bei Drehstromantriebsmotoren vorliegende, gegenüber Einphasenkommutatormotoren geänderten Bedingungen optimal gewährleistet, wobei also die von Pendelmomenten des Antriebsmotors hervorgerufenen axialen Schwingungen der Kardanhohlwelle weitgehend ausgeglichen werden.

Als Lösung der gestellten Aufgabe ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass wenigstens parallel zu der einen Gelenkhebelkupplung eine zusätzliche Gummiringfederkupplung angeordnet ist. Die vorgesehene zentrische Gelenkhebelkupplung ist kardanisch leicht beweglich, lässt also axiale Verschiebungen des Radsatzes zu und überträgt das Drehmoment so, dass die geringstmögliche Umfangselastizität vorhanden ist Wegen der durch die Drehmomentpulsation in axialer Richtung auftretenden Pulsationsanregungen muss das Eigenschwingungsverhalten der Kardanhohlwelle so abgestimmt sein, dass keine Resonanzerscheinungen in axialer Richtung auftreten und auch bei einzelnen Querstössen muss die Kardanhohlwelle in axialer Richtung geführt werden. Die zentrische Gelenkhebelkupplung kann aber, wenn sie kardanisch leicht beweglich ausgeführt wird, nicht das Resonanz-Spektrum abdecken, bzw. die axiale Führung übernehmen. Diese Aufgabe übernimmt die zusätzliche Gummiringfeder, welche parallel zu der einen Gelenkhebelkupplung liegt.

Diese Gummiringhülsenfeder kann, da sie das Drehmoment nicht zu übertragen braucht — dies geschieht über die hartelastische zentrische Gelenkhebelkupplung — in axialer Richtung genau auf die Massenverhältnisse und die auftretenden Frequenzen abgestimmt werden. Bei der neuen Lösung ist daher eine Aufgabentrennung vorgesehen, bei welcher die zentrische Gelenkhebelkupplung das Drehmoment überträgt, kardanisch leicht beweglich ist und eine harte Umfangs-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

627136

elastizität besitzt, während die zu ihr parallelliegende Gummiringhülsenfeder die axiale Führung und die diesbezügliche Eigenfrequenz-Anpassung übernimmt und wegen ihrer kardanisch leichten Beweglichkeit die gute kardanische Beweglichkeit des Kupplungselementes nicht verschlechtert. Die zweite, am anderen Ende der Kardanhohlwelle angeordnete zentrische Gelenkhebelkupplung lässt eine axiale Bewegung des Treibradsatzes zu. Diese Kupplung überträgt ebenfalls das Drehmoment bei hartelastischer Umfangselastizität, besitzt ebenfalls eine gute kardanische Bewegungsmöglichkeit und gewährleistet die axiale Bewegungsmöglichkeit des Treibradsatzes, wobei nur kleine Rückkräfte auftreten.

Bei einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen,

dass die zusätzliche Gummiringfederkupplung aus einem konzentrisch zum Grossrad angeordneten, mit diesem fest verbundenen äusseren Ring und einem auf der Kardanhohlwelle befestigten inneren Ring besteht und zwischen den beiden Ringen eine aus gummielastischem Material bestehende, mit beiden Ringen fest verbundene Schicht vorgesehen ist.

Bei einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zusätzliche Gummiringfederkupplung aus einem äusseren Ring besteht, welcher fest mit dem Treibrad verbunden ist, und einem inneren Ring, welcher mit einer Verlängerung der Kardanhohlwelle fest verbunden ist, wobei zwischen den beiden Ringen eine gummielastische Schicht vorgesehen ist.

Die Gelenkhebel können entsprechend einer ersten Ausführungsform der Gelenkhebelkupplung so vorgesehen sein, dass bei beiden Gelenkhebelkupplungen von je zwei Gelenkhebeln jeweils der eine gegenüber dem anderen in Umfangsrichtung gegensinnig angeordnet ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Gelenkhebel beider Gelenkhebelkupplungen in Umfangsrichtung gesehen gleichsinnig angeordnet sind.

Schliesslich ist bei einer letzten Ausführungsform der Gelenkhebelkupplungen vorgesehen, dass die Gelenkhebel der einen Gelenkhebelkupplung so angeordnet sind, dass jeweils von zwei Gelenkhebeln der eine gegenüber dem anderen gegensinnig angeordnet ist, während bei der zweiten Gelenkhebelkupplung die Gelenkhebel in Umfangsrichtung im gleichen Sinne angeordnet sind.

Wie bereits oben ausgeführt, ist die Gummiringfeder nicht für die Übertragung des Drehmomentes dimensioniert, sondern dient lediglich dazu, eine Führung der Kardanwelle in axialer Richtung zu übernehmen und die auftretenden Schwingungen weitgehend abzudämpfen.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine schematische Darstellung eines Antriebs nach der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Kupplung zwischen Grossrad und dem einen Ende der Kardanwelle mit teilweise aufgeschnittenem Kupplungsflansch,

Fig. 3 eine Antriebsanordnung, bei welcher die zusätzliche Gummiringfeder am treibradseitigen Ende der Kardanhohlwelle angeordnet ist,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Kardanhohlwelle mit den Gelenkhebelkupplungen und jeweils sechs jeweils in Paaren gegeneinander angeordneten Gelenkhebeln. Die zusätzliche Gummiringfeder ist in dieser und in den folgenden Figuren nicht dargestellt.

Fig. 5 eine Anordnung wie in Figur 4 dargestellt, jedoch mit in gleicher Richtung angeordneten sechs Gelenkhebeln pro Kupplung und

Fig. 6 eine Anordnung wie in Figur 4 dargestellt, jedoch mit einer Gelenkhebelkupplung, welche sechs jeweils paarweise gegeneinander gerichtete Gelenkhebel aufweist, und mit einer zweiten Gelenkhebelkupplung, welche sechs in gleicher Richtung angeordnete Gelenkhebel aufweist.

Bei dem in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellten 5 Achsantrieb eines Schienentriebfahrzeuges ist mit 1 die Kardanhohlwelle, mit 2 das Grossrad, mit 3 das Treibrad und mit 4 der Antriebsmotor bezeichnet.

Die Kraftübertragung erfolgt vom Antriebsmotor 4 über das auf der Motorwelle angeordnete Motorritzel 41 auf das io Grossrad 2. Am Grossrad 2 sind Nasen 21 angeordnet, an welchen wiederum Gelenke 22 angebracht sind, an welchen Gelenkhebel 23 angreifen, welche mit weiteren Gelenken in Verbindung stehen, welche an einem Flansch 11 der Kardanwelle angebracht sind. Der gesamte Kraftfluss erfolgt über 15 diese Gelenkhebelkupplung.

Zusätzlich ist am Grossrad ein Flanschring 27 angebracht, an dessen Innenfläche ein weiterer Ring 24 angeordnet ist. Konzentrisch zu diesem Ring 24 ist ein innerer Ring 25 vorgesehen, welcher einen geringeren Aussendurchmesser auf-20 weist, als der Innendurchmesser des Ringes 24 ist. Dieser innere Ring 25 ist auf der Kardanhohlwelle 1 nicht verdrehbar angeordnet. Zwischen dem äusseren Ring 24 und dem inneren Ring 25 ist eine Gummiringfeder 26 vorgesehen, welche nur der axialen Führung der Kardanhohlwelle gegenüber dem 25 Grossrad dient. Eine Drehmomentübertragung erfolgt über diese Kupplung praktisch nicht, so dass diese lediglich entsprechend den gewünschten axialen Führungseigenschaften ausgelegt werden kann.

An dem zweiten Ende der Kardanhohlwelle 1 ist ein wei-30 terer Flansch 12 angeordnet, an welchem Nasen und an diesen Gelenke 32 angebracht sind, an welchen Gelenkhebel 33 angreifen, welche über weitere Gelenke an dem Treibrad angebrachten Nasen 31 angreifen.

Bei der in Figur 3 dargestellten Anordnung ist die zusätz-35 liehe Gummiringfeder der dem Treibrad benachbarten Gelenkhebelkupplung zugeordnet. Die Bezeichnungen der Bauelemente der Gelenkhebelkupplung stimmen mit der für die Figur 1 und 2 überein. Bei dieser Ausführung ist ein Ringflansch 37 am einen Treibrad 3 vorgesehen, innerhalb dessen 40 ein äusserer Ring 34 angeordnet ist. Konzentrisch zu diesem ist ein innerer Ring 35, welcher einen kleineren Aussendurchmesser aufweist als der Innendurchmesser des Aussenringes 34, vorgesehen, welcher auf einem entsprechenden Flanschende 13 der Kardanwelle befestigt ist.

45 Zwischen dem äusseren Ring 34 und dem inneren Ring 35 ist eine Gummiringfeder 36 vorgesehen, die z.B. an den beiden Ringen 34 und 35 anvulkanisiert ist, welche, wie bei der Anordnung nach Figur 1 und 2, nicht der Kraftübertragung, sondern lediglich der axialen Führung der Kardan-50 hohlweile 1 gegenüber dem Treibrad 3 dient, womit axiale Schwingungen der Kardanhohlwelle vermieden werden können.

Bei den in den Figuren 4 bis 6 schematisch dargestellten verschiedenen Ausführungsformen der Gelenkhebelkupp-55 lung ist die zusätzliche Gummiringfeder nicht eingezeichnet. In der Figur 4 sind an dem Kupplungsflansch 11 der Kardanwelle sechs Gelenkhebel angeordnet, von denen jeweils zwei Stück paarweise entgegengesetzter Richtung vorgesehen sind, d.h. die einander zugewandten Gelenke dieser Gelenkhebel 60 greifen jeweils an dem gleichen Bauelement, z.B. an dem Flansch 11 der Kardanwelle an, während die beiden anderen Enden dieser Gelenkhebel an dem Grossrad angreifen. Die zweite Gelenkhebelkupplung zwischen Kardanhohlwelle und Treibrad ist wie bei der Anordnung nach Figur 4 in glei-65 eher Weise ausgeführt.

Bei der in Figur 5 schematisch dargestellten Gelenkhebel-kupplungskombination sind die sechs Gelenkhebel 23 der Gelenkhebelkupplung zwischen Grossrad 2 und Kardanhohl

627136

4

welle 1 in gleicher Richtung angeordnet. Das gleiche gilt für die Gelenkhebel 33 der Kupplung zwischen Kardanhohlwelle 1 und Treibrad 3.

Bei der in Figur 6 dargestellten Kupplungskombination ist die Kupplung zwischen Getriebe-Grossrad 2 und Kardanhohlwelle 1 in gleicher Weise ausgeführt wie bei der Anordnung nach Figur 4. Die Kupplung zwischen Kardanhohlwelle und Treibrad mit ebenfalls sechs Glenkhebeln zeigt die gleiche Ausführung wie die in der Figur 5 vorgeschlagene Kupplung, deren Gelenkhebel gleichsinnig jeweils zwischen 5 dem zweiten Flansch 12 der Kardanhohlwelle bzw. an den Nasen 31 des Treibrades 3 angreifen.

v

2 Blätter Zeichnungen

Claims

627136

1. Antriebsanordnung für durch Elektromotoren angetriebenes Schienentriebfahrzeug mit fest im Drehgestell oder im Hauptrahmen angeordnetem Motor und Getriebe, bei der eine die Treibachse umgebende Kardan-Hohlwelle zur Kraftübertragung zwischen dem Grossrad und dem Treibrad dient, deren Enden kardanisch-elastische, axial bewegliche Kupplungen tragen, welche als Gelenkhebelkupplung ausgeführt sind, bei der jeder der Gelenkhebel an seinen beiden Enden jeweils ein sphärisches Gelenk aufweist, von denen das eine am treibenden Teil der Kupplung — Grossrad bzw. Kardanwelle — und das andere am angetriebenen Teil der Kupplung — Kardanwelle bzw. Treibrad — angreift, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens parallel zu der einen Gelenkhebelkupplung (21 bis 23 bzw. 31 bis 33) eine zusätzliche Gummiringfederkupplung (25 bis 27 bzw. 34 bis 36) angeordnet ist.

2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Gummiringfederkupplung aus einem konzentrisch zum Grossrad (2) angeordneten, mit diesem fest verbundenen äusseren Ring (24) und einem auf der Kardanhohlwelle (1) befestigten inneren Ring (25) besteht und zwischen den beiden Ringen (24 bzw. 25) eine aus gummielastischem Material bestehende mit beiden Ringen fest verbundene Schicht (26) vorgesehen ist.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Gummiringfederkupplung aus einem äusseren Ring (34) besteht, welcher fest mit dem Treibrad (3) verbunden ist, und einem inneren Ring (35), welcher mit einer Verlängerung (13) der Kardanhohlwelle (1) fest verbunden ist. wobei zwischen den beiden Ringen eine gummielastische Schicht vorgesehen ist.

4. Antriebsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei beiden Gelenkhebelkupplungen von je zwei Gelenkhebeln (23 bzw. 33) jeweils der eine gegenüber dem anderen in Umfangsrichtung gegensinnig angeordnet ist (Fig. 4).

5. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkhebel (23 bzw. 33) beider Gelenkhebelkupplungen in Umfangsrichtung gesehen gleichsinnig angeordnet sind (Fig. 5).

6. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkhebel (23 oder 33) der einen Gelenkhebelkupplung so angeordnet sind, dass jeweils von zwei Gelenkhebeln der eine gegenüber dem anderen gegensinnig angeordnet ist, während bei der zweiten Gelenk-hebelkupplung die Gelenkhebel (33 oder 23) in Umfangsrichtung im gleichen Sinne angeordnet sind (Fig. 6).