DE10116657C1

DE10116657C1 - Achsantrieb, insbesondere für elektrische Triebfahrzeuge

Info

Publication number: DE10116657C1
Application number: DE2001116657
Authority: DE
Inventors: Harald Hollauer; Martin Tilscher
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 2001-04-04
Filing date: 2001-04-04
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2021-04-05

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Achsantrieb, insbesondere für elektrische Triebfahrzeuge, umfassend ein Drehgestell und einen Wagenkasten. DOLLAR A Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: DOLLAR A - mit einem Motor; DOLLAR A - mit einem Getriebe in einem Getriebegehäuse; DOLLAR A - mit einer Radsatzwelle, die mit dem Motor mittelbar über das Getriebe in Triebverbindung steht; DOLLAR A - der Motor ist fest mit dem Drehgestell oder dem Wagenkasten verbunden; DOLLAR A - das Getriebegehäuse ist mittels mindestens eines Wälzlagers auf der Radsatzwelle und mittels einer Pendelaufhängung am Wagenkasten oder Drehgestell abgestützt; DOLLAR A - die Pendelaufhängung umfaßt ein erstes Gelenk zum drehbaren Anschluß am Wagenkasten oder Drehgestell und ein zweites Gelenk zum Anschluß am Getriebegehäuse; DOLLAR A - mindestens ein Gelenk der Pendelaufhängung ist elastisch drehsteif ausgeführt und derart torsionselastisch vorgespannt, daß das Wälzlager mit einer Radialkraft beaufschlagt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Achsantrieb, insbesondere für elektrische Triebfahrzeuge, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Achsantriebe für elektrische Triebfahrzeuge, insbesondere von Schienenfahrzeugen, umfassen in der Regel eine in einem Drehgestell angeordnete Radsatzwelle. Die Radsatzwelle wird mittels eines Getriebes in einem Getriebegehäuse von einem Motor angetrieben.

Diese Achsantriebe sind in der Regel teilabgefedert, das heißt die Radsatzwelle ist unabgefedert gegenüber der Schiene gelagert, während der Motor fest am Drehgestell über die Primärfederung oder an einem Wagenkasten über die zusätzliche Sekundärfederung abgefedert angeordnet ist. Die bewegliche Aufhängung des Drehgestelles/Wagenkastens macht auch eine bewegliche Aufhängung des Getriebegehäuses notwendig. Dabei wird das Getriebegehäuse meist einerseits mittels Wälzlagern auf der Radsatzwelle abgestützt und andererseits mittels elastischer Elemente mit dem Drehgestellrahmen oder dem Wagenkasten verbunden. Traditionell haben sich Pendelaufhängungen zwischen Drehgestell beziehungsweise Wagenkasten und Getriebe bewährt. DE 12 14 263 A zeigt eine solche Ausführung mit den gattungsgemäßen Merkmalen des Anspruches 1.

Neuere Ausführungen, beispielsweise sei auf die Patentschrift DE 195 04 766 C2 verwiesen, haben diesen traditionellen Weg verlassen, da es aufgrund der mit dem Laufe der Zeit immer größer gewordenen Fahrgeschwindigkeiten und Motordrehzahlen erforderlich wurde, eine stabilisierende Radiallast auf die Großradlager aufzubringen. Grundsätzlich darf bei hohen Drehzahlen und hohen Beschleunigungen die Belastung für die radsatzseitigen Wälzlager nicht zu niedrig sein, damit Schlupf vermieden wird. Schlupf heißt, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Wälzpartner unterschiedlich ist. Wenn dabei der Schmierfilm an den Kontaktstellen durchbrochen wird, berühren sich die Körper mit größerer Relativgeschwindigkeit, der Schlupf bricht zusammen und der Verschleiß steigt sprungartig an. Die Gefahr eines solchen Schlupfes ist besonders groß bei niedrig belasteten Lagern. Man ist daher bestrebt, eine erforderliche Mindestbelastung der Wälzlager zu erreichen, die auch bei Ausfall des Motors oder bei Leerlauf nicht unterschritten wird.

Die DE 195 04 766 C2 zeigt eine Ausführung eines Antriebes, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die radiale Vorspannung des Getriebegehäuses über querelastische Federelemente erreicht wird. Dabei erfolgt die Befestigung des Getriebegehäuses am Drehgestell federnd elastisch über wenigstens zwei annähernd vertikal und diametral gegenüber der Kleinradachse angebrachte elastische Federelemente am Drehgestell, deren Wirkungslinien durch die Mitte der Kleinradachse verlaufen. Diese Ausführung hat jedoch Nachteile. So wirkt die Vorspannkraft auf die Wälzlager senkrecht zur Abstützkraft aus dem Eigengewicht des Getriebes. Das heißt, die Resultierende aus beiden Kräften ist erheblich geringer als die Summe der Vorspannkraft aus den Federelementen und der Gewichtskraft. Weiterhin können Bewegungen des Radsatzes in Längsrichtung des Fahrzeuges zu einem Verlust der gesamten Vorspannkraft führen. Nachteilig ist auch das Erfordernis spezieller Befestigungspunkte, die nicht kompatibel zu herkömmlichen, traditionellen Ausführungen sind, was den Einsatz eines solchen Achsantriebes für Standardtriebfahrzeuge unmöglich oder sehr kostenaufwendig macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Achsantrieb darzustellen, der die genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Insbesondere soll ein Achsantrieb dargestellt werden, der einerseits mittels bewährter Aufhängungskomponenten ausgeführt ist, eine hohe Lebensdauer aufweist und andererseits die erforderliche Mindestbelastung der Wälzlager zuverlässig gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch einen Achsantrieb gemäß Anspruch 1 gelöst, die abhängigen Ansprüche beschreiben besonders vorteilhafte Ausgestaltungen.

Der erfindungsgemäße Achsantrieb umfaßt einen Motor, der fest mit dem Drehgestell verbunden ist. Ersatzweise kann eine feste Verbindung mit dem Wagenkasten vorgesehen sein. Der Motor überträgt ein Drehmoment über ein Getriebe auf eine Radsatzwelle. Das Getriebe ist in einem Getriebegehäuse gelagert, wobei das Getriebegehäuse über mindestens ein Wälzlager auf der Radsatzwelle abgestützt ist. Andererseits ist das Getriebegehäuse über eine Pendelaufhängung an dem Drehgestell oder dem Wagenkasten angeschlossen beziehungsweise am Wagenkasten oder Drehgestell abgestützt.

Die Pendelaufhängung umfaßt ein erstes Gelenk zum Anschluß am Wagenkasten beziehungsweise Drehgestell und ein zweites Gelenk zum Anschluß am Getriebegehäuse. Mindestens eines der Gelenke ist elastisch drehsteif ausgeführt und derart torsionselastisch vorgespannt, daß das beziehungsweise die Wälzlager mit einer Radialkraft beaufschlagt sind. Die radiale Vorspannung ist über die ausgeführte Torsionselastizität beziehungsweise mittels der Vorspannungsgröße auf einen definierten Wert einstellbar.

Besonders vorteilhaft wird die Vorspannung bei der Montage des Achsantriebes wie folgt eingestellt:
Zuerst wird das drehsteif ausgeführte Gelenk mit der anzuschließenden Komponente - Drehgestell beziehungsweise Wagenkasten oder Getriebegehäuse - drehsteif verbunden. Anschließend wird die Pendelaufhängung über die Drehachse des angeschlossenen Gelenkes verdreht und danach wird das zweite Gelenk an der entsprechenden Gegenkomponente angeschlossen. Mit dem Grad der Verdrehung vor dem Anschluß des zweiten Gelenkes kann die torsionselastische Vorspannung eingestellt werden. Je weiter das Gelenk bei der Montage verdreht wird, desto größer ist die Vorspannung.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung umfaßt das vorgespannte Gelenk eine Torsionsfeder oder ein torsionselastisches Gummielement.

Gemäß Anspruch 1 ist die Pendelaufhängung derart ausgeführt, daß sich die Radialkraft weitgehend richtungsgleich mit der Gewichtskraft aus der Abstützung des Getriebes überlagert, das heißt, daß die Radialkraft eine Wirkungsrichtung im wesentlichen senkrecht nach unten aufweist. Dadurch ist der Betrag der Resultierenden aus Gewichtskraft und mittels des torsionselastisch vorgespannten Gelenkes aufgebrachten Radialkraft besonders groß, so daß sich absolut eine besonders hohe radiale Vorspannung des Wälzlagers ergibt. Vorzugsweise ist die Pendelaufhängung derart ausgeführt, daß sich eine Wirkungsrichtung der Radialkraft nach unten in einem Winkel von +/-40 Grad gegenüber der Senkrechten einstellt. Ganz besonders vorteilhaft liegt dieser Winkel im Bereich von +/-10 Grad.

In einer besonders einfachen Ausführung ist die Pendelaufhängung mittels einer Traverse in Form eines Knochens ausgeführt. Dabei ist an jedem der beiden entgegengesetzten Enden ein Gelenk angeordnet. Mindestens eines der beiden Gelenke wird erfindungsgemäß torsionselastisch vorgespannt.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben werden

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht eines Antriebes mit Radsatz;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Schnittes gemäß Schnittlinie A-A in Fig. 1.

In Fig. 1 erkennt man einen Antrieb mit einem Motor 6, der über eine Kupplung 7 mit einem Getriebe in einem Getriebegehäuse 1 und einer Radsatzwelle 5 in Triebverbindung steht.

Wie insbesondere in Fig. 2 ersichtlich ist, ist eine Ritzelwelle mit einem Ritzel 3 im Getriebegehäuse 1 gelagert und ein Großrad 2 mit der Radsatzwelle 5 verbunden. Das Getriebe ist als Stirnradsatzgetriebe ausgeführt und überträgt das Drehmoment vom achsparallel angeordneten Motor 6 über die Kupplung 7 und die Ritzelwelle auf die Radsatzwelle. Das Getriebegehäuse 1 stützt sich einerseits über Wälzlager 8 auf der Radsatzwelle 5 ab. Andererseits stützt sich das Getriebegehäuse über eine Pendelaufhängung 4 auf dem Drehgestellrahmen oder Wagenkasten (nicht dargestellt) ab.

Der Motor 6 ist fest mit dem Drehgestellrahmen beziehungsweise Wagenkasten verbunden. Die in die Triebverbindung zwischen Getriebe und Motor 1 geschaltete Kupplung 7 gleicht Relativbewegungen zwischen diesen aus.

Ein Gelenk der Pendelaufhängung 4, welche wie dargestellt als Traverse in Form eines Knochens mit jeweils einem Gelenk 4.1 und 4.2 an je einem Ende ausgeführt ist, ist elastisch drehsteif ausgeführt und derart torsionselastisch vorgespannt, daß die Wälzlager 8 mit einer Radialkraft beaufschlagt sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist nur das Gelenk 4.2 torsionselastisch vorgespannt. Die Radialkraft ist durch den Pfeil FM_t dargestellt, das Torsionsmoment beziehungsweise das Gegenmoment durch die Pfeile M_t.

Die Kraft aus dem Eigengewicht des Getriebes ist mit F_S gekennzeichnet. Die daraus resultierende Abstützkraft auf die Wälzlager ist F_S1. Aus den Kräften FM_T und F_S1 ergibt sich die resultierende Kraft F_r, welche die Gesamtbelastung der Wälzlager darstellt. Wie besonders aus dem Kräftediagramm der Fig. 2b deutlich wird, ist der Betrag der resultierenden Kraft F_r nur geringfügig kleiner als die Summe der Beträge der Kräfte FM_t und F_S1.

Durch diese vorteilhafte Ausführung wird die erforderliche Mindestbelastung der Wälzlager 8 sehr zuverlässig auch bei Ausfall des Motors oder bei Leerlauf nicht unterschritten.

Claims

1. Achsantrieb, insbesondere für elektrische Triebfahrzeuge, umfassend ein Drehgestell und einen Wagenkasten;

1. 1.1 mit einem Motor (6);
2. 1.2 mit einem Getriebe in einem Getriebegehäuse (1);
3. 1.3 mit einer Radsatzwelle (5), die mit dem Motor (6) mittelbar über das Getriebe in Triebverbindung steht;
4. 1.4 der Motor (6) ist fest mit dem Drehgestell oder dem Wagenkasten verbunden;
5. 1.5 das Getriebegehäuse (1) ist mittels mindestens eines Wälzlagers (8) auf der Radsatzwelle (5) und mittels einer Pendelaufhängung (4) am Wagenkasten oder Drehgestell abgestützt;
6. 1.6 die Pendelaufhängung (4) umfaßt ein erstes Gelenk (4.1) zum drehbaren Anschluß am Wagenkasten oder Drehgestell und ein zweites Gelenk (4.2) zum Anschluß am Getriebegehäuse (1);

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

1. 1.7 mindestens ein Gelenk (4.1, 4.2) der Pendelaufhängung (4) ist elastisch drehsteif ausgeführt und derart torsionselastisch vorgespannt, daß das Wälzlager (8) mit einer Radialkraft beaufschlagt ist;
2. 1.8 die Pendelaufhängung (4) ist derart zwischen Wagenkasten oder Drehgestell und Getriebegehäuse (1) angeschlossen, dass die mittels des torsionselastisch vorgespannten Gelenkes (4.1, 4.2) auf das Wälzlager (8) aufgebrachte Radialkraft eine Wirkungsrichtung im wesentlichen senkrecht nach unten aufweist.

2. Achsantrieb gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Gelenk (4.1, 4.2) eine Torsionsfeder umfaßt.

3. Achsantrieb nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Gelenk (4.1, 4.2) ein torsionselastisches Gummielement umfaßt.

4. Achsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Wälzlager (8) aufgebrachte Radialkraft eine Wirkrichtung in einem Winkel zwischen +/-40 Grad gegenüber der Senkrechten nach unten aufweist.

5. Achsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pendelaufhängung (4) in Form eines Knochens mit je einem Gelenk (4.1, 4.2) an den beiden entgegengesetzten Enden ausgeführt ist.