CN105715750A - 用于轨道车辆驱动系的轮组变速器和驱动系 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于轨道车辆驱动系的轮组变速器(1)和驱动系。轮组变速器(1)包括可旋转地支承在变速器壳体(11)中的驱动轴(4)和从动轴(6)，其中，驱动轴可以有效驱动地与驱动马达(2)连接；从动轴形成轨道车辆的轮组轴。轮组变速器(1)此外还包括第一空套轮(7)、第二空套轮(8)以及两个与两个空套轮(7、8)成对地嵌接的抗相对转动地布置在从动轴(6)上的固定轮(9、10)，这两个空套轮可绕驱动轴轴线(18)旋转地布置。最后，轮组变速器(1)包括布置在驱动轴上的换挡装置(5)，利用该换挡装置可以切换驱动轴(4)与从动轴(6)之间的至少两个不同的传动比。

Description

用于轨道车辆驱动系的轮组变速器和驱动系
技术领域
本发明涉及一种用于轨道车辆，尤其是可电驱动的机动有轨车组(Triebzugs)的驱动系的轮组变速器和一种轨道车辆驱动系。
背景技术
尤其是在所谓的电动车组(随后被称为EMU)中迄今使用一种单级或两级的轮组变速器，其用于将驱动功率从电驱动机传递至轮组轴和紧固在上面的轮盘上。EMU尤其是作为地铁(Metro)、地下铁(U-bahn)或地下铁路(Untergrundbahn)使用在公共交通系统中。地铁车辆几乎仅电动驱动。构造为机动车的地铁车辆在此具有至少一个与电驱动机联接的被驱动的轴，其也被称为驱动轮组，并且主要由轮组轴和牢固地紧固在上面的轮盘构成。除此以外，这种机动车也可以具有一个或多个没有与驱动机器联接的支承轴。
轮组变速器是如下变速器，其包括轨道车辆的轮组轴的一部分。即，轮组轴部分布置在轮组变速器的变速器壳体中。
基于不同的最大运行速度(其在地铁车辆中通常在60km/h至130km/h之间)和不同的马达设计，变速器传动比通常大多在6至12之间改变。然而，这种类型的轨道车辆的在实践中使用的驱动系不具有换挡变速器或挡位更换变速器，即，驱动系仅具有不可改变的传动比，其基本上通过附属的轮组变速器中的传动比确定。
这在过去导致的是，根据所需的由设置的最大运行速度得到的传动比，从许多所储备或提供的不同大小和传动比的变速器变型中选择轮组变速器，并且安装到轨道车辆中。这种轨道车辆变速器的制造商因此提供不同大小的轮组变速器变型，其中，将相同部件用于不同的变速器大小受到非常大的限制。这会提高新的轮组变速器和其代替部件的制造成本和储存成本。
轨道车辆的必需的速度调整和用于实现行驶方向反向的转动方向反向可以在电驱动的轨道车辆中通过转速调节和通过选择电驱动机的期望的转动方向来实现。因为电驱动机与内燃机不同地通常具有两个等价的转动方向，所以回转装置在使用电驱动机时不是必需的。
DE102011011867A1公开了一种用于轨道车辆的，尤其是地铁车辆的驱动系的两级的轮组变速器，其中，变速器具有两个依次联接的传动级。轮组变速器为此具有输入轴、中间轴和从动轴。轮组变速器应该通过小的结构改变覆盖大的传动范围，以便由此减少上面描述的不利的多样性。
发明内容
本发明所基于的任务是提出一种用于轨道车辆驱动系的轮组变速器，利用该轮组变速器，可以在很小的运行成本的情况下，在尽可能宽的应用范围中可靠运行。此外，该轮组变速器应该具有尽可能小的尺寸。
该任务通过根据权利要求1的轮组变速器和根据权利要求7的驱动系解决。本发明的有利的改进方案从相应的从属权利要求中得到。
提出一种用于轨道车辆驱动系的轮组变速器，其包括可在变速器壳体中旋转地支承的驱动轴。驱动轴可以有效驱动(antriebswirksam)地与驱动马达连接。此外，轮组变速器包括从动轴，其形成轨道车辆的轮组轴。
轮组变速器的第一空套轮和第二空套轮可绕驱动轴轴线旋转地布置。轮组变速器的两个抗相对转动地布置在从动轴上的固定轮与两个提到的空套轮成对地嵌接，即，驱动轴的每一个空套轮与从动轴的一个固定轮嵌接。
此外，轮组变速器包括布置在驱动轴上的换挡装置，利用换挡装置可以切换驱动轴与从动轴之间的至少两个不同的传动比。为此，借助换挡装置，两个空套轮的其中一个选择性地抗相对转动地与驱动轴连接。
不同的传动比表示两个沿相同的转动方向的量值不同的传动比，从而根据本发明的轮组变速器具有两个沿相同的行驶方向的挡位。因为驱动功率从驱动轴上的空套轮直接传导至从动轴的固定轮上，所以在此涉及单级的轮组变速器。
驱动轴轴线是驱动轴的旋转轴线。方向说明“轴向”意味着沿驱动轴轴线的方向。
因此提供有可简单且廉价地制造的、紧凑的轮组变速器，其可以有利地安装在轨道车辆的在空间上受限的下部结构中，并且附加地能够实现廉价的运行，这是因为驱动马达可以通过两个提供的传动比在所有运行阶段以高效率运行。
驱动马达优选是电驱动机，这是因为该电驱动机可以在两个转动方向上运行，并且由此针对轨道车辆提供两个等价的行驶方向，而不必为此附加地提供回转装置。驱动马达例如可以构造为异步电机。
换挡装置优选包括抗相对转动地并且可轴向移动地支承在驱动轴上的换挡件，其可通过促动器以如下方式相对于空套轮轴向移动，即，第一空套轮或第二空套轮可以选择性地抗相对转动地与驱动轴连接。所提到的换挡件例如可以是带有外齿部的滑动套筒，其为了接通期望的传动比而与相应的空套轮的内齿部嵌接。这种类型的带有滑动套筒的换挡装置由车辆制造学公知，并且证实是坚固且可靠的。
为了使相互啮合的齿部同步，驱动侧的转速通过电驱动马达的匹配于从动侧的转速。除此以外，也可以为了同步而将行车制动器安装在驱动系或轨道车辆上。
换挡装置也可以具有用于同步的摩擦锁合部件和用于抗相对转动的连接的形状锁合部件。这种类型的同步的换挡元件尤其是从乘用轿车领域以不同的实施方式公知。
换挡元件优选通过促动器操作，促动器构造为能由压力介质致动的活塞-气缸单元。在带有已经针对其他目的提供了压缩空气供应装置的轨道车辆中提供的是，压缩空气供应装置也用于操作换挡装置，从而促动器有利地可以构造为气动式促动器。
根据另一优选的实施方案，第二空套轮支承在变速器壳体的轴承支架上，其中，轴承支架在驱动轴轴线的范围内具有中心空心室。换挡装置现在可以按如下方式构造和布置，即，其从外部伸入轴承支架的空心室中，并且至少部分布置在空心室中。该实施方案能够通过将换挡装置节省空间地布置在第二空套轮的径向尺寸内而在总体上实现非常紧凑的轮组变速器。换挡装置大部分安置在总是由第二空套轮所占据的结构空间内。此外，布置在轴承支架的空心室内的轴承单元得到保护，以免受到外部影响(例如碎石、灰尘和渗水)导致损坏。
第一空套轮优选也支承在变速器壳体的另外的轴承支架上，由此，另一中心空心室构造在另外的轴承支架内部。换挡装置也可以至少局部伸入另一空心室中，或者局部布置在那里。因此可以最优化地充分利用变速器壳体内的结构空间。
紧凑的结构和相对于外部影响保护换挡装置可以根据本发明的特别优选的实施方案以如下方式进一步改进，即，换挡装置具有后部件，其对外封闭变速器壳体。但是，换挡装置是通过后部件从外部可及的，这对于维护和保养来说是有利的。
根据另一优选的实施方案设置的是，换挡装置具有空挡，在空挡中，两个空套轮可相对于驱动轴自由旋转，从而驱动轴与从动轴之间的机械连接中断。这种空挡能够在驱动系的部件卡住的情况下借助另一驱动件实现拖走轨道车辆的牵引或使轨道车辆继续行驶运行。
最后，本发明还包括一种带有电驱动马达的轨道车辆驱动系，其通过万向轴或弹性联轴器与轮组变速器连接。在此，轮组变速器根据上面描述的实施方案中之一构造。
所谓的电动车组(EMU)特别适用于本发明的应用，该电动车组由一个或多个电驱动的轨道车辆构成。
附图说明
本发明和其优点随后借助附图示例性地详细阐述。其中：
图1以示意图示出根据本发明的带有轮组变速器的第一实施方案的驱动系；和
图2以示意图示出根据本发明的带有轮组变速器的第二实施方案的驱动系。
具体实施方式
轨道车辆的图1所示的驱动系主要由电驱动马达2构成，其马达从动轴29通过万向联轴器3与轮组变速器1的驱动轴4连接。驱动轴4借助滚动轴承32支承在轮组变速器1的变速器壳体11中。
轮组变速器1的从动轴6构造为轮组轴。在从动轴6或者说轮组轴的两个端部区域上分别紧固有轮盘12。为了清晰起见，图1示出仅一个轮盘12。轨道车辆通过轮盘12在轨道上引导和驱动。
电驱动马达2通过马达支架14与轨道车辆的车架13牢固地连接。车架13例如可以是车辆底盘或转向架的框架。除了标志性地示出的鼓形齿联轴器(Bogenzahnkupplung)以外，带有弹性元件，例如增强橡胶舌板或橡胶盘的弹性联轴器也适用于作为万向联轴器3，该弹性联轴器允许相对于待连接的轴端部的一定的角度错位、径向错位和/或轴向错位。
万向联轴器3平衡马达从动轴29与轮组变速器1的驱动轴4之间的相对运动。该相对运动以如下方式形成，即，驱动马达2借助紧固元件14紧固在簧载的车架13上，对此，轮组变速器1基本上支撑在非簧载的从动轴6上，即，轮组轴上。变速器壳体11为此通过两个滚动轴承30和31支承在轮组轴或从动轴6上。轨道车辆的驱动系的部件的这种布置也被称为部分簧载的驱动件。
附加地，轮组变速器1的变速器壳体11通过转矩支架15支撑在车架13上。然而，转矩支架15允许车架13与轮组变速器1之间的相对运动。联轴器3在本实施例中实施为鼓形齿联轴器。
轮组变速器1具有仅两个转矩传递轴，即，绕驱动轴轴线18旋转的驱动轴4和从动轴6。轮组变速器1因此单级地实施。驱动轴4和从动轴6可以选择性地通过两个圆柱齿轮对的其中一个相互连接。第一圆柱齿轮对由配属于驱动轴4的第一空套轮7和紧固在从动轴6上的固定轮9构成。两个圆柱齿轮7和9持续地相互嵌接。第二圆柱齿轮对由配属于驱动轴4的第二空套轮8和紧固在从动轴8上的固定轮10构成。两个圆柱齿轮8和10也持续地相互嵌接。
图1示出两个固定轮9和10，其示意性地作为带有共同的轮毂的双齿轮。然而，两个固定轮9和10也可以实施为单独的齿轮，它们抗相对转动地并排地紧固在从动轴6上。
第一空套轮7和第二空套轮8具有不同的直径，并且两个空套轮可绕驱动轴轴线18旋转地布置。两个空套轮7和8为此分别借助各一个滚动轴承20或22支承在变速器壳体11的轴承支架19或21上。两个轴承支架19和21中的每一个在其内部构造出中心空心室23或24。
轮组变速器1的换挡装置5从外部伸入针对第二空套轮23的轴承支架19的空心室23中。换挡装置1在根据图1的实施方案中穿过空心室23，直到进入另一空心室24中，该另一空心室通过第一空套轮7的轴承支架21形成。
利用换挡装置5可以切换两个挡位，即，驱动轴4与从动轴6之间的两个不同的传动比。为此，借助换挡装置5，两个空套轮7、8中的其中一个选择性地抗相对转动地与驱动轴4连接。
图1所示的换挡装置5具有后部件25，其对外封闭变速器壳体11。由此，换挡装置5的可运动的部件安置在变速器壳体11内部，并且被保护以免受到外部环境影响造成损坏。后部件25例如与变速器壳体11拧接，并且可以具有对于操作换挡装置5来说所需的接头，例如用于控制换挡装置5的压缩空气接头和电接头。
换挡装置5包括换挡件16，其抗相对转动地并且可轴向移动地支承在驱动轴4上。换挡件16可以通过促动器17相对于空套轮7和8轴向移动，从而空套轮7或另一空套轮8可以选择性地与驱动轴4抗相对转动地连接。促动器17构造为能由压力介质致动的活塞-气缸单元，并且活塞-气缸单元的气缸至少大部分布置在上面描述的空心室23中。
为了挂入挡位，换挡件16与两个空套轮7或8的其中一个抗相对转动地连接。为此，换挡件16具有外齿部26，其要么与第一空套轮7上的与之匹配的内齿部27嵌接，要么与第二空套轮8上的与之匹配的内齿部28嵌接。
除了两个传动比以外，轮组变速器1也具有空挡，在空挡中，驱动轴4与从动轴6之间的机械连接中断。图1示出处于空挡中的轮组变速器1。在此，换挡装置5位于中间位置，在该中间位置中，两个内齿部27和28都没有与换挡件16的外齿部26嵌接，从而两个空套轮7、8可相对于驱动轴4自由地旋转。
图2所示的驱动系基本上与图1所示的驱动系相同地构建。相同的部件在两个图中设有相同的附图标记，并且倘若其实现相同的功能，那么在此就不会进一步阐述。
轮组变速器的图2所示的第二实施方案在结构和换挡装置5的布置方面与根据图1的实施方案不同。
根据图2的换挡装置5具有滑动套筒33，其抗相对转动地并且可轴向移动地布置在驱动轴4上。滑动套筒33的内齿部34可以通过轴向移动滑动套筒33选择性地与布置在第一空套轮7上的外齿部35嵌接，或者与布置在第二空套轮8上的外齿部36嵌接，以便因此使驱动系以期望的传动比闭合。滑动套筒33的中间位置在此也相应于空挡，在空挡中，驱动轴4与从动轴6之间的机械连接中断。
滑动套筒33可以借助活塞-气缸单元37操作。活塞-气缸单元37的气缸38在外部布置在变速器壳体11上。活塞-气缸单元37的活塞39与携动元件40机械连接。携动元件40将活塞39的致动运动传递到滑动套筒33上。为此，携动元件40的自由端部伸入滑动套筒33的外周边上的携动槽中。携动元件40例如可以具有换挡拨叉的形式，并且在滑动套筒33的周边上的两个彼此对置的部位上嵌入其携动槽中。
即使在根据图2的第二实施方案中，活塞-气缸单元37也是从外部轻松可及的，这使其维护和保养变得容易。此外，活塞-气缸单元37可以在联轴器3的周围环境中布置在变速器壳体11外部，从而使其在运行时通过空气流冷却，该空气流通过联轴器3的旋转产生。
附图标记列表
1轮组变速器
2驱动马达
3联轴器
4驱动轴
5换挡装置
6从动轴
7空套轮
8空套轮
9固定轮
10固定轮
11变速器壳体
12轮盘
13车架
14紧固元件
15转矩支架
16换挡件
17促动器
18驱动轴轴线
19轴承支架
20滚动轴承
21轴承支架
22滚动轴承
23空心室
24空心室
25后部件
26外齿部
27内齿部
28内齿部
29马达从动轴
30滚动轴承
31滚动轴承
32滚动轴承
33滑动套筒
34内齿部
35外齿部
36外齿部
37活塞-气缸单元
38气缸
39活塞
40携动元件。

Claims (7)

1.一种用于轨道车辆驱动系的轮组变速器，其中，所述轮组变速器(1)包括能旋转地支承在变速器壳体(11)中的驱动轴(4)，所述驱动轴能够有效驱动地与驱动马达(2)连接，并且其中，所述轮组变速器(1)包括从动轴(6)，所述从动轴形成轨道车辆的轮组轴，其特征在于，所述轮组变速器(1)包括第一空套轮(7)和第二空套轮(8)，这两个空套轮能绕驱动轴轴线(18)旋转地布置，所述轮组变速器(1)包括两个与两个空套轮(7、8)成对地啮合的、抗相对转动地布置在从动轴(6)上的固定轮(9、10)，
并且所述轮组变速器(1)包括布置在驱动轴上的换挡装置(5)，利用所述换挡装置能够切换所述驱动轴(4)与所述从动轴(6)之间的至少两个不同的传动比。
2.根据权利要求1所述的轮组变速器，其特征在于，所述换挡装置(5)包括抗相对转动地并且能轴向移动地支承在所述驱动轴(4)上的换挡件(16)，其能通过促动器(17)以如下方式相对于所述空套轮(7、8)轴向移动，即，一个空套轮(7)或另一空套轮(8)能够选择性地与所述驱动轴(4)抗相对转动地连接。
3.根据权利要求2所述的轮组变速器，其特征在于，所述促动器(17)构造为能由压力介质操纵的活塞-气缸单元。
4.根据权利要求2或3所述的轮组变速器，其特征在于，所述第二空套轮(8)支承在所述变速器壳体(11)的轴承支架(19)上，所述轴承支架(19)具有中心空心室(23)，并且所述换挡装置(5)从外部伸入所述轴承支架(19)的空心室(23)中。
5.根据权利要求4所述的轮组变速器，其特征在于，所述换挡装置(5)具有后部件(25)，后部件对外封闭所述变速器壳体(11)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的轮组变速器，其特征在于，所述换挡装置(5)具有空挡，在所述空挡中，两个空套轮(7、8)能够相对于驱动轴(4)自由旋转，从而所述驱动轴(4)与所述从动轴(6)之间的机械连接中断。
7.一种带有电驱动马达的轨道车辆驱动系，其通过万向联轴器或弹性联轴器与轮组变速器连接，其特征在于，所述轮组变速器根据前述权利要求中任一项构造。
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