-
Die
Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit zum Antrieb eines Fahrzeugs,
insbesondere eines Schienenfahrzeugs. Die Getriebeeinheit weist
eine in einem Getriebegehäuse
gelagerte Getriebeeingangswelle und eine Getriebeausgangswelle auf.
Zudem weist das Getriebegehäuse
zumindest eine Durchführung
für die
Getriebeausgangswelle auf.
-
Die
Erfindung betrifft weiterhin einen Antrieb mit einer Antriebsmaschine
und einer derartigen Getriebeeinheit. Weiterhin betrifft die Erfindung
eine Verwendung eines derartigen Antriebs in einem Fahrwerk eines
Schienenfahrzeugs.
-
Weiterhin
betrifft die Erfindung einen Elektromotor zum Direktantrieb eines
Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs. Der Elektromotor weist
einen in einem Motorgehäuse
angeordneten Stator und Rotor auf. Der Rotor ist als Teil einer
Antriebswelle in dem Motorgehäuse
gelagert. Das Motorgehäuse
weist zumindest eine Durchführung
für die
Antriebswelle auf.
-
Getriebeeinheiten
sind mechanische Vorrichtungen zum Übertragung und Wandeln von
Drehbewegungen, Drehrichtungen und Drehmomenten. Zumeist weisen
derartige Getriebeeinheiten in einem Getriebegehäuse drehbar gelagerte, miteinander kämmende Zahnräder mit
entsprechenden Durchmessern zur Einstellung eines gewünschten Übersetzungsverhältnisses
auf. Die Getriebeeinheiten können
beispielsweise als Stirnradgetriebe, Planetengetriebe oder Kegelradgetriebe
ausgebildet sein.
-
Die
Getriebeeinheit kann darüber
hinaus als Stufengetriebe zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisse
ausgebildet sein. Sie kann alternativ als stufenloses Getriebe ausgebildet
sein. Weiterhin kann die Getriebeeinheit eine Kupplung zur mechanischen
Trennung der Kraftübertragung
von Getriebeeingangswelle auf die Getriebeausgangswelle aufweisen.
-
Die
Getriebeeinheit wird üblicherweise
von einer elektrischen Maschine oder von einer Verbrennungskraftmaschine
als Antriebsmaschine angetrieben. Die elektrische Maschine ist z.B.
ein Elektromotor, die Verbrennungskraftmaschine ein Benzin- oder Dieselmotor. Üblicherweise
sind die Getriebeeingangswelle der Getriebeeinheit und eine Antriebswelle
der Antriebsmaschine miteinander drehfest verbunden. Die Getriebeeingangswelle
kann starr oder auch gelenkig, wie z.B. mittels eines Kardangelenks,
ausgebildet sein. Eine derartige Kombination aus Antriebsmaschine
und Getriebeeinheit wird auch als Antrieb bzw. als Antriebseinheit
bezeichnet.
-
Aus
dem Stand der Technik sind weiterhin Elektromotoren zum Direktantrieb
eines Fahrzeuges bekannt. Sie weisen daher kein Getriebe auf.
-
Die
zuvor genannten Getriebeeinheiten, Antriebe und Elektromotoren können zum
Antrieb von Straßen-
oder Schienenfahrzeugen eingesetzt werden. Straßenfahrzeuge sind z.B. Lastkraftwagen oder
Personenwagen. Schienenfahrzeuge sind z.B. Triebfahrzeuge oder Lokomotiven.
-
Bei
derartigen Fahrzeugen besteht das Problem, dass bei Wasserdurchfahrten,
wie z.B. beim Durchfahren eines überfluteten
Bereichs, Wasser in die Getriebeeinheit, in den Antrieb bzw. in
den Elektromotor eindringen kann. Die Getriebeeinheit bzw. der Elektromotor
kann dadurch geschädigt
werden. Eine Korrosion sowie ein Ausfall der Getriebeeinheit, des
Antriebs, des Elektromotors oder auch des gesamten Fahrzeugs kann
die Folge sein.
-
Das
zuvor genannte Problem besteht insbesondere bei Schienenfahrzeugen.
Derartige Fahrzeuge sind üblicherweise
nicht für
Fahrten durch Wasser bzw. Wasseransammlungen ausgelegt. Eine Wasseransammlung
kann z.B. ein überfluteter
Gleisbereich eines Schienennetzes sein.
-
Häufig wird
im Rahmen der Auslegung eines Schienenfahrzeugs eine bestimmte Watfähigkeit
des Schienenfahrzeugs gefordert. Die Watfähigkeit bezeichnet einen maximalen,
auf die Schienenoberkante bezogenen Wasserstandspegel, bei welchem
eine Durchfahrt bzw. eine Schleppfahrt durch Wasser gerade noch
möglich
ist. Der maximale Wasserstandspegel kann z.B. 50 cm betragen. Derartige,
die Schienenoberkante übersteigende
Wasserstandspegel können
die Folge einer Überschwemmung
sein. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Streckenverlauf
des Schienengleises entlang eines Tales oder eines Flusses führt.
-
Zur
Behebung des Problems war es bisher erforderlich, die Getriebeeinheit,
die Antriebsmaschine eines Antriebs oder den Elektromotor zu reparieren.
-
Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Getriebeeinheit, einen Antrieb
mit einer Antriebsmaschine und einer derartigen Getriebeeinheit
sowie einen Elektromotor anzugeben, bei welchen zumindest ein zeitweiliges
Ein- oder Untertauchen in Wasser ohne Schaden möglich ist.
-
Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine geeignete Verwendung
für einen
derartigen Antrieb und für
einen derartigen Elektromotor anzugeben.
-
Die
Aufgabe wird durch eine Getriebeeinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis
13 genannt. Im Anspruch 14 ist ein geeigneter Antrieb mit einer
Antriebsmaschine und einer erfindungsgemäßen Getriebeeinheit angegeben.
In den abhängigen
Ansprüchen
15 bis 18 sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Antriebs genannt. Im
Anspruch 19 ist eine geeignete Verwendung des Antriebs in einem
Fahrwerk eines Schienenfahrzeugs angegeben. Im Anspruch 20 ist ein
Elektro motor zum Direktantrieb eines Fahrzeugs angegeben. Vorteilhafte
Ausgestaltungen des Elektromotors sind in den abhängigen Ansprüchen 21
bis 32 angegeben. Im Anspruch 33 ist eine geeignete Verwendung des Elektromotors
in einem Fahrwerk eines Schienenfahrzeugs angegeben.
-
Erfindungsgemäß sind pro
Durchführung
für die
Getriebeausgangswelle im Bereich der jeweiligen Durchführung zwei
axial hintereinander angeordnete Dichtungen zwischen Getriebeausgangswelle
und Getriebegehäuse
angebracht. Je eine der Dichtungen ist als berührungsfrei arbeitende Spaltdichtung und
als berührungsbehaftet
arbeitende Wellendichtung ausgebildet. „Axial" ist eine Richtung entlang der Drehachse
der Getriebeausgangswelle.
-
Dadurch
ist in vorteilhafter Weise zumindest ein zeitweiliges Ein- oder
Untertauchen der Getriebeeinheit in Wasser möglich. Mit „zeitweilig" ist z.B. eine Zeitdauer
im Minutenbereich, z.B. bis 30 min gemeint. Je nach Anforderung
kann die Zeitdauer auch höher
sein, wie z.B. 6 Stunden, oder auch geringer sein, wie z.B. 10 min.
Der weitere Vorteil ist, dass nach einer Wasserdurchfahrt eines
Fahrzeuges, insbesondere eines Schienenfahrzeuges, keine Reparatur
oder Überholung
der Getriebeeinheit erforderlich ist. Weiterhin kann ein Schienenfahrzeug
nach Durchwatung eines überfluteten
Gleisabschnitts vorteilhaft sofort den Betrieb fortsetzen.
-
Die
Spaltdichtung verhindert vorteilhaft ein Eindringen von Schmutz.
Zwar kann bei einer Wasserdurchfahrt Wasser in geringfügigen Mengen
durch die Spaltdichtung eindringen. Ein weiteres Eindringen des
Wassers in das Innere der Getriebeeinheit, insbesondere in den Bereich
der Zahnräder,
wird in vorteilhafter Weise durch die dicht anliegende Wellendichtung
verhindert.
-
In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist die Spaltdichtung eine Filz- oder Lederdichtung.
Derartige Dichtungen sind äußerst robust,
langlebig und im Vergleich zu berührungsbehaf tet arbeitenden Dichtungen
weitestgehend unempfindlich gegen Schmutz. Der Schmutz führt nachteilig
bei Wellendichtungen dazu, dass sie im Vergleich zu den langen Wartungsfristen
bei Schienenfahrzeugen schnell verschleißen und undicht werden.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
ist die Spaltdichtung in einer Aufnahme im Getriebegehäuse aufgenommen.
In die Aufnahme kann ein Schmiermittel eingebracht sein. Die Aufnahme
kann zur Schmierung der Spaltdichtung zudem mit einem Schmiermittelreservoir
verbunden sein. Zusätzlich
kann ein Schmiermittel in einen Zwischenraum zwischen Spalt- und
Wellendichtung im Bereich des Spaltes eingebracht sein.
-
Durch
die Tränkung
der Spaltdichtung mit einem Schmiermittel, insbesondere im Fall
der Filzdichtung, bildet sich im Spalt zwischen Getriebeausgangswelle
und Getriebegehäuse
ein dünner Schmiermittelfilm
aus.
-
Der
dünne Schmiermittelfilm
kann in vorteilhafter Weise den von außen eindringenden Schmutz aufnehmen
und an sich binden. Der besondere Vorteil ist, dass die nachgeschaltete
und schmutzempfindliche Wellendichtung vor Verschmutzung geschützt ist.
Dadurch reduziert sich der Verschleiß einer solchen Wellendichtung
erheblich.
-
Vorzugsweise
ist das Schmiermittel Öl
oder Fett. Derartige Schmiermittel sind seit langem erprobt und
kostengünstig.
Die Kapillarwirkung des Filzes bzw. des Leders der Spaltdichtung
begünstigt hierbei
den Transport des Öls
bzw. des Fetts vom Schmiermittelreservoir zur Aufnahme der Spaltdichtung
und weiter zum Spalt zwischen Getriebeausgangswelle und Getriebegehäuse.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
ist die Wellendichtung eine Elastomerdichtung. Dadurch liegt vorteilhaft
die Wellendichtung stets dicht an der Getriebeausgangswelle an.
Ein Stoffaustausch von der einen Dichtungsseite zu der jeweiligen
anderen wird nahezu vollständig
unterbunden.
-
Elastomere
sind formfeste, aber elastisch verformbare Kunststoffe. In der Regel
handelt es sich bei Elastomeren um Polymere oder Polyaddukte wie Polyurethan.
-
Im
Besonderen weist die Wellendichtung zumindest eine Dichtlippe auf,
welche die Getriebeausgangswelle dicht umschließt. Durch die federnde Wirkung
der Dichtlippe ist eine besonders effektive Umschließung der
Getriebeausgangswelle möglich.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ragt
die Getriebeausgangswelle mit einem Getriebeausgangswellenende aus
dem Getriebegehäuse heraus.
Die Spaltdichtung ist näher
am Getriebeausgangswellenende angeordnet als die Wellendichtung.
Durch die weiter außenliegende
Spaltdichtung wird in vorteilhafter Weise Schmutz bereits an der Außenseite
des Getriebegehäuses
abgehalten, bevor dieser die schmutzempfindliche Wellendichtung erreichen
kann.
-
Einer
Ausführungsform
zu Folge weist das Getriebegehäuse
mindestens eine Durchführung
für die
Getriebeeingangswelle auf. Es sind pro Durchführung für die Getriebeeingangswelle
im Bereich der jeweiligen Durchführung
zwei axial hintereinander angeordnete Dichtungen zwischen Getriebeeingangswelle
und Getriebegehäuse
analog zur Anordnung und Ausgestaltung der Dichtungen der Getriebeausgangswelle
angebracht.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ragt
die Getriebeeingangswelle mit einem Getriebeeingangswellenende aus
dem Getriebegehäuse
heraus. Die Spaltdichtung ist näher
am Getriebeeingangswellenende angeordnet als die Wellendichtung.
Durch die weiter außen
liegende Spaltdichtung wird in vorteilhafter Weise Schmutz bereits
an der Außenseite
des Getriebegehäuses
abgehalten, bevor dieser die schmutzempfindliche Wellendichtung erreichen
kann.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist
die Getriebeeinheit im Bereich der jeweiligen Durchführung für die Getriebeausgangswelle
bzw. im Bereich der jeweiligen Durchfüh rung für die Getriebeeingangswelle
ein scheibenringförmiges
Schalenelement auf. Das Schalenelement ist koaxial zur Getriebeausgangswelle
bzw. zur Getriebeeingangswelle angeordnet. Das Schalenelement weist
an einem radialen Außenrand
die Aufnahme für
die Spaltdichtung auf. Radial" ist
eine Richtung zur Drehachse der Getriebeausgangswelle bzw. der Getriebeeingangswelle
hin bzw. weg von ihr.
-
Der
Vorteil dabei ist, dass das Schalenelement zum Wechsel der Spaltdichtung
lediglich in axialer Richtung der Getriebeausgangswelle bzw. der Getriebeeingangswelle
weg von der Getriebeeinheit zurückgeschoben
werden muss. Nach Austausch der Spaltdichtung wird das Schalenelement
wieder in Richtung zur Getriebeeinheit geschoben und dort befestigt.
Im Falle einer Filz- oder Lederdichtung kann diese ringsegmentartig
in die Aufnahme der Filz- oder Lederdichtung eingesetzt werden.
Nach Befestigung des scheibenringförmigen Schalenelements als
Teil der Getriebeeinheit ist wieder eine schmutzdichte Verbindung
zwischen der Getriebeausgangswelle bzw. der Getriebeeingangswelle
und dem Getriebegehäuse
hergestellt.
-
In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das scheibenringförmige Schalenelement
entlang dessen Durchmessers zweiteilig ausgeführt. Dadurch ist vorteilhaft
ein Wechsel der Spaltdichtung möglich,
ohne dass diese über
das Getriebeausgangs- bzw. Getriebeeingangswellenende geschoben
werden muss. In diesem Fall erfolgt die Montage bzw. die Demontage
des Schalenelements bzw. dessen beider Halbschalenelemente in radialer Richtung
zur Getriebeausgangswelle bzw. zur Getriebeeingangswelle.
-
Im
Besonderen ist die Getriebeeinheit vorzugsweise gegen ein zeitweiliges
Ein- oder Untertauchen gemäß Ziffer
7 oder 8 des Schutzgrades Wasserschutz nach der europäischen Norm
EN 60529 bzw. der korrespondierenden internationalen Norm IEC 529
gekapselt ausgeführt.
-
Gemäß der Ziffer
7 ist ein zeitweiliges Eintauchen eines Betriebsmittels in Wasser
spezifiziert. Die Prüfdauer
beträgt
30 Minuten. Spezifikationsgemäß darf Wasser
nicht in schädlicher
Menge eindringen, wenn das Betriebsmittel in Wasser von 0,15 m bis
1 m Tiefe eintaucht bzw. eingetaucht wird.
-
Ziffer
8 spezifiziert den Schutz gegen dauerndes Untertauchen in Wasser.
Die genauen Testbedingungen sind zwischen Hersteller und Anwender zu
vereinbaren, wobei zumindest die Anforderungen nach Ziffer 7 zu
erfüllen
sind. Im letzteren Fall kann die Prüfzeitdauer z.B. 1h, 2h, 4h
oder 6h Stunden betragen. Es können
je nach Einsatzgebiet des Getriebegehäuses auch längere Prüfzeitdauern vorgegeben sein,
wie z.B. 1 Tag oder 2 Tage.
-
Die
Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch einen Antrieb für ein Fahrzeug,
insbesondere für
ein Schienenfahrzeug, gelöst.
Der Antrieb weist eine Antriebsmaschine mit einem Maschinengehäuse und
eine erfindungsgemäße Getriebeeinheit
auf. In der Antriebsmaschine ist die Getriebeeingangswelle gelagert.
-
Die
Getriebeeinheit und die Antriebsmaschine sind über dieselbe Getriebeeingangswelle
zur Übertragung
eines Drehmoments miteinander verbunden. Die Getriebeeingangswelle
kann einteilig oder alternativ zweiteilig ausgeführt sein. Sie kann teleskopartig
oder mittels eines oder zweier Kardangelenke gelenkig ausgeführt sein.
-
In
einer besonderen Ausführungsform
ist das Maschinengehäuse
der Antriebsmaschine abgedichtet an das Getriebegehäuse angeflanscht.
Ein derartiger Antrieb kann vorteilhaft als Baueinheit zum Antrieb
eines Fahrzeugs verwendet werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass
keine getriebegehäuseseitige
und maschinengehäuseseitige
Abdichtung der Getriebeeingangswelle erforderlich ist. In diesem
Fall ist die gesamte Getriebeeingangswelle durch die Anflanschung
des Maschinengehäuses
an das Getriebegehäuse
gegen eindringenden Schmutz und gegen eindringendes Wasser geschützt.
-
Im
Besonderen sind die Antriebsmaschine und die Getriebeeinheit gegen
ein zeitweiliges Ein- oder Untertauchen gemäß Ziffer 7 oder 8 des Schutzgrades
Wasserschutz nach der europäischen
Norm EN 60529 bzw. der korrespondierenden internationalen Norm IEC
529 gekapselt ausgeführt.
-
Vorzugsweise
erfolgt die Kapselung in der Weise, dass sämtliche antriebsmaschinenseitige
Anschlüsse
für Zuluft,
Abluft, Kühlmittelanschlüsse und sonstige
Versorgungsleitungen an eine Oberseite der Antriebsmaschine geführt sind.
-
Ist
die Antriebsmaschine ein Elektromotor, so sind die elektrischen
Stromversorgungs- und Signalleitungen, wie z.B. Drehgeberleitungen, über wasserdichte
Anschlüsse
zum Elektromotor verlegt. Diese wasserdichten Anschlüsse können z.B.
in einem an dem Motorgehäuse
angebrachten wasserdichten Klemmenkasten angebracht sein. Vorzugsweise
ist der Klemmenkasten an der Oberseite des Elektromotors angebracht.
Die wasserdichten Anschlüsse
können
z.B. sogenannte PG-Verschrauben aufweisen. Vorzugsweise ist ein
solcher Elektromotor eigenbelüftet
ausgeführt.
Insbesondere erfolgt die Kühlung des
Elektromotors (ausschließlich) über das
Maschinengehäuse
bzw. über
das Motorgehäuse.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
ist die Getriebeausgangswelle eine Radsatzwelle eines Radsatzes
eines Schienenfahrzeuges. Es können
in der Getriebeeinheit bzw. im Antrieb auch zwei oder mehrere Getriebeausgangswellen
gelagert sein. Die jeweiligen Getriebeausgangswellen bzw. Radsatzwellen können gemeinsam
von einer Antriebsmaschine angetrieben sein. Alternativ kann die
Getriebeausgangswelle des Antriebs bzw. der Getriebeeinheit mit einem
Losradsatz oder mit einem Losrad verbunden sein.
-
Ein
erfindungsgemäßer Antrieb
ist in vorteilhafter Weise in einem Fahrwerk eines Schienenfahrzeugs
verwendbar. Das Fahrwerk kann ein Drehgestell sein, wie z.B. ein
Jakobs-Drehgestell oder ein Einzelraddrehgestell. Vorzugsweise weist
der Antrieb die Antriebsmaschine, die Getriebeeinheit sowie eine Radsatzwelle
mit bereits daran angebrachten Radscheiben auf. Eine derartige Baueinheit
kann dann in einfacher Weise in das Fahrwerk bzw. in das Drehgestell
eingesetzt werden.
-
Die
Erfindung wird weiterhin durch einen Elektromotor zum Direktantrieb
eines Fahrzeuges, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, gelöst.
-
Erfindungsgemäß sind pro
Durchführung
für die
Antriebswelle im Bereich der jeweiligen Durchführung zwei axial hintereinander
angeordnete Dichtungen zwischen Antriebswelle und dem Motorengehäuse angebracht.
Je eine der Dichtungen als berührungsfrei
arbeitende Spaltdichtung und als berührungsbehaftet arbeitende Wellendichtung
ausgebildet. Dadurch ist in vorteilhafter Weise zumindest ein zeitweiliges
Ein- oder Untertauchen des Elektromotors in Wasser möglich.
-
Auf
einen derartigen Elektromotor treffen auch die Ausgestaltungen und
Anordnungen der Dichtungen der zuvor beschriebenen Getriebeeingangwelle
bzw. Getriebeausgangswelle in analoger Weise zu.
-
Demnach
ist die Spaltdichtung eine Filz- oder Lederdichtung. Die Spaltdichtung
kann in einer Aufnahme im Motorgehäuse aufgenommen sein, wobei
in die Aufnahme ein Schmiermittel eingebracht ist. Darüber hinaus
kann die Aufnahme mit einem Schmiermittelreservoir zur Schmierung
der Spaltdichtung verbunden sein. Insbesondere ist das Schmiermittel Öl oder Fett.
Vorzugsweise ist die Wellendichtung eine Elastomerdichtung. Die
Wellendichtung kann eine Dichtlippe aufweisen, welche die Antriebswelle
dicht umschließt.
Insbesondere ragt die Antriebswelle des Elektromotors mit einem
Wellenende aus dem Motorgehäuse
heraus. Die Spaltdichtung ist dabei näher am Wellenende angeordnet als
die Wellendichtung.
-
Weiterhin
kann das Motorgehäuse
im Bereich der jeweiligen Durchführung
für die
Antriebswelle im Bereich der jeweiligen Durchführung ein scheibenringförmiges Schalenelement
aufweisen. Das Schalenelement ist koaxial zur Antriebswelle angeordnet
und weist an einem radialen Außenrand
die Aufnahme für
die jeweilige Spaltdichtung auf. Vorzugsweise ist das scheibenringförmige Schalenelement
entlang dessen Durchmessers zweiteilig ausgeführt.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
ist der Elektromotor gegen ein zeitweiliges Ein- oder Untertauchen
gemäß Ziffer
7 oder 8 des Schutzgrades Wasserschutz nach der europäischen Norm
EN 60529 bzw. der korrespondierenden internationalen Norm IEC 529
gekapselt ausgeführt.
-
Im
Besonderen ist die Antriebswelle des Elektromotors gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung eine Radsatzwelle eines Radsatzes eines Schienenfahrzeugs.
Alternativ kann die Antriebswelle des Elektromotors eine Radscheibenwelle
eines Einzelrades eines Schienenfahrzeugs sein.
-
Der
erfindungsgemäße Elektromotor
ist vorteilhaft in einem Fahrwerk eines Schienenfahrzeugs verwendbar.
-
Die
Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der Erfindung werden
im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen
-
1 beispielhaft
eine erfindungsgemäße Getriebeeinheit
mit einer in einem Getriebegehäuse gelagerten
Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle,
-
2 beispielhaft
eine erste Ausführungsform
der Getriebeeinheit,
-
3 beispielhaft
einen erfindungsgemäßen Elektromotor
zum Direktantrieb mit einer in einem Motorgehäuse gelagerten Antriebswelle,
-
4 beispielhaft
eine Ausführungsform
des Elektromotors gemäß 3,
-
5 beispielhaft
eine konstruktive Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Getriebeeinheit in
einer Schnittdarstellung durch die Drehachse der Getriebeausgangswelle,
-
6 die
Schnittdarstellung gemäß 5 in einer
vergrößerten Darstellung,
-
7 eine
Seitenansicht der Getriebeeinheit gemäß 5 entsprechend
der in 5 eingezeichneten Blickrichtung VII,
-
8 beispielhaft
einen erfindungsgemäßen Antrieb
mit einem Elektromotor und einer Getriebeeinheit mit einem darin
gelagerten Radsatz für
ein Schienenfahrzeug und
-
9 ein
beispielhaftes Fahrwerk eines Schienenfahrzeugs mit zwei erfindungsgemäßen Antrieben
mit je einem Elektromotor, einer Getriebeeinheit und mit einem in
der Getriebeeinheit gelagerten Radsatz.
-
1 zeigt
beispielhaft eine erfindungsgemäße Getriebeeinheit 1 mit
einer in einem Getriebegehäuse 2 gelagerten
Getriebeeingangswelle 3 und einer Getriebeausgangswelle 4.
-
Im
Beispiel der 1 ist die Getriebeausgangswelle 4 durch
zwei Durchführungen 5,
die Getriebeeingangswelle 3 durch eine Durchführung 12 im
Getriebegehäuse 2 geführt. Mit
dem Bezugszeichen 13 ist ein Getriebeeingangswellenende,
mit dem Bezugszeichen 11 ein Getriebeausgangswellenende
bezeichnet. Weiterhin ist mit dem Bezugszeichen A die Drehachse
der Getriebeeingangswelle 3 und mit dem Bezugszeichen B
die Drehachse der Getriebeausgangswelle 4 bezeichnet.
-
Aus
Gründen
der Übersichtlichkeit
sind zur Getriebeübersetzung
erforderliche weitere Getriebeelemente wie Zahnräder, Wälzkörper, Kupplungselemente oder
dergleichen nicht dargestellt. Die Getriebeeinheit 1 kann
beispielsweise ein Getriebe mit einem festen, gestuften oder stufenlosen Übersetzungsverhältnis aufweisen.
Es kann in der Getriebeeinheit 1 eine Kupplung zur Trennung
des Kraftschlusses zwischen der Getriebeeingangswelle 3 und
der Getriebeausgangswelle 4 vorhanden sein.
-
Weist
die erfindungsgemäße Getriebeeinheit 1 ein
Stirnradgetriebe auf, so sind die Getriebeeingangswelle 3 und
die Getriebeausgangswelle 3 parallel zueinander angeordnet.
Im Falle eines Planetengetriebes liegen die beiden Wellen 3, 4 koaxial
zueinander. Die Getriebeeingangswelle 3 und die Getriebeausgangswelle 4 können auch
nicht parallel zueinander angeordnet sein, wie z.B. in einem Winkel von
90°. In
einem solchen Fall kann das Getriebe ein Kegelradgetriebe sein.
-
Die
Getriebeeingangswelle 3 ist mittels einer nicht weiter
bezeichneten herkömmlichen
Dichtung gegenüber
dem Getriebegehäuse 2 abgedichtet.
Sie kann beispielsweise eine Spaltdichtung sein.
-
Erfindungsgemäß sind im
Bereich der beiden Durchführungen 5 für die Getriebeausgangswelle 4 pro
Durchführung 5 zwei
axial hintereinander angeordnete Dichtungen 6, 7 zwischen
der Getriebeausgangswelle 4 und dem Getriebegehäuse 2 angebracht.
Je eine der Dichtungen 6, 7 ist als berührungsfrei
arbeitende Spaltdichtung 6 und als berührungsbehaftet arbeitende Wellendichtung 7 ausgebildet.
-
Die
Spaltdichtung 6 kann insbesondere eine Filzdichtung oder
eine Lederdichtung sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Spaltdichtung
andere Dichtungsmaterialien aufweisen, wie z.B. Borsten oder Kunststofffasern.
Die Wellendichtung 7 ist insbesondere eine elastische Kunststoffdichtung,
wie z.B. eine Elastomerdichtung.
-
Im
Beispiel der 1 ragt die Getriebeausgangswelle 4 jeweils
mit dem Getriebeausgangswellenende 11 aus dem Getriebegehäuse 2 heraus.
Die Spaltdichtung 6 ist näher am jeweiligen Getriebeausgangswellenende 11 angeordnet
als die Wellendichtung 7. Durch die weiter außen liegende
Spaltdichtung 6 wird Schmutz bereits an der Außenseite
des Getriebegehäuses 2 abgehalten,
bevor der Schutz die schmutzempfindliche Wellendichtung 7 erreichen kann.
-
Die
erfindungsgemäße Anordnung
und Ausgestaltung der Dichtungen 6, 7 ist – wenn auch
nicht in den Figuren dargestellt – analog bei der Getriebeeingangswelle 3 möglich.
-
2 zeigt
beispielhaft eine erste Ausführungsform
der Getriebeeinheit 1.
-
Im
Beispiel der 2 ist je eine Durchführung 12, 5 für die Getriebeeingangswelle 3 und
für die Getriebeausgangswelle 4 vorhanden.
Beide Wellen 3, 4 liegen beispielhaft koaxial
zueinander, das heißt die
beiden Drehachsen A, B der Wellen 3, 4 stimmen überein.
Dies ist z.B. dann möglich,
wenn das Getriebe in der Getriebeeinheit 1 ein Planetengetriebe
ist.
-
3 zeigt
beispielhaft einen erfindungsgemäßen Elektromotor 50 zum
Direktantrieb mit einer in einem Motorgehäuse 52 gelagerten
Antriebswelle 4.
-
Der
gezeigte Elektromotor 50 weist einen Stator 51 sowie
einen Rotor 53 mit einem Rotorpakete 54 auf. Der
Elektromotor kann ein Asynchron- oder Synchronmotor sein. Der Stator 51 kann
eine Stromwicklung zur Drehfelderregung aufweisen. Das Rotorpaket 54 kann
beispielsweise Permanentmagnete 55 entlang des Umfangs
des Rotorpakets 54 aufweisen. Insbesondere weist der Elektromotor 50 ein
hohes Drehmoment im Vergleich zu Elektromotoren mit nachgeschaltetem
Getriebe auf. Der Elektromotor 50 kann z.B. ein sogenannter
Torquemotor, Transversalflussmotor oder Magnetmotor sein.
-
Der
Stator 51 sowie der Rotor 53 sind zum Schutz gegenüber äußeren Umwelteinflüssen wie Schmutz,
Feuchtigkeit oder Steinschlag in einem Motorgehäuse 52 angeordnet.
Im Motorgehäuse 52 sind zwei
Durchführungen 5 für die Antriebswelle 4 vorhanden.
Vorzugsweise ist die Antriebswelle 4 einteilig ausgeführt. Das
Rotorpaket 54 ist im Beispiel der 3 in einem
mittleren axialen Bereich der Antriebswelle 4 drehfest
mit der Antriebswelle 4 verbunden.
-
Erfindungsgemäß sind im
Bereich der jeweiligen Durchführung 5 zwei
axial hintereinander angeordnete Dichtungen 6, 7 zwischen
Antriebswelle 4 und dem Motorgehäuse 52 angebracht.
Je eine der Dichtungen 6, 7 ist als berührungsfrei
arbeitende Spaltdichtung 6 und als berührungsbehaftet arbeitende Wellendichtung 7 ausgebildet.
-
Weiterhin
kann die Antriebswelle 4 des Elektromotors 50 eine
Radsatzwelle eines Radsatzes 41 eines Schienenfahrzeugs
sein. In diesem Fall ist an den beiden Wellenenden 11 der
Antriebswelle 4 je eine Radscheibe befestigt.
-
4 zeigt
beispielhaft eine Ausführungsform
des Elektromotors 50 gemäß 3.
-
In
diesem Fall ist nur eine Durchführung 5 im Motorgehäuse 52 zur
Durchführung
der Antriebswelle 4 in das Innere des Maschinengehäuses 52 vorhanden.
Die Antriebwelle 4 ist typischerweise eine Radscheibenwelle
eines Einzelrades eines Schienenfahrzeugs. Der Elektromotor 50 mit
der über
die Radscheibenwelle 4 angetriebenen Radscheibe kann auch
als Einzelradantrieb angesehen werden.
-
Insbesondere
können
die beiden Elektromotoren 50 gemäß 3 und 4 einem
Fahrwerk 40 eines Schienenfahrzeugs verwendet werden, wie z.B.
in einem Drehgestell.
-
5 zeigt
beispielhaft eine konstruktive Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Getriebeeinheit 1 in
einer Schnitt darstellung entlang der Drehachse B der Getriebeausgangswelle 4.
-
Im
oberen Teil der 5 ist die Getriebeausgangswelle 4 zu
sehen, welche zugleich eine Radsatzwelle 4 eines nicht
weiter gezeigten Schienenfahrzeugs ist. Mit dem Bezugszeichen B
ist die Drehachse der Radsatzwelle 4 bezeichnet. Üblicherweise ist
am Ende 11 der Radsatzwelle 4 eine Radscheibe drehfest
befestigt, wie z.B. durch Aufschrumpfen oder durch Aufpressen. Der
schraffierte Bereich im rechten unteren Teil der 5 zeigt
ein sogenanntes Großrad 14 im
Schnitt, welches von einem nicht weiter dargestellten sogenannten
Kleinrad angetrieben wird. Das Großrad 14 dreht sich
dabei um die Drehachse B. Üblicherweise
sitzt das Kleinrad an einem im Getriebegehäuse 2 gelagerten Ende
der Getriebeeingangswelle 3. Mit dem Bezugszeichen 25 ist
weiterhin eine Labyrinthdichtung zur Abdichtung des Großrades 14 und
des Kleinrades gegenüber
dem Inneren der Getriebeeinheit 1 dargestellt.
-
Im
linken mittleren Teil der 5 ist die Spaltdichtung 6 dargestellt,
welche in einer Aufnahme 8 im Getriebegehäuse 2 aufgenommen
ist. Die Aufnahme 8 ist insbesondere als ringförmige Nut ausgebildet,
in welche die Spaltdichtung 6 eingesetzt werden kann. Darüber hinaus
kann in die Aufnahme 8 ein Schmiermittel wie Fett oder Öl eingebracht
sein. Zusätzlich
kann das Schmiermittel in den gezeigten Zwischenraum 21 und 17 eingebracht
sein. Die Aufnahme 8 kann zudem mit einem Schmiermittelreservoir 9 zur
Schmierung der Spaltdichtung 6 verbunden sein. Dies ist
im Beispiel der 7 im Detail dargestellt.
-
Vorzugsweise
ist das Schmiermittel Öl
oder Fett. Durch die Tränkung
der Spaltdichtung 6 mit Öl oder Fett bildet sich, insbesondere
im Falle einer Filzdichtung, in einem Spalt SP zwischen Getriebeausgangswelle 4 bzw.
zwischen der Radsatzwelle 4 und dem Getriebegehäuse 2 ein
dünner
Schmiermittelfilm aus. Der dünne
Film kann in vorteilhafter Weise von außen eindringenden Schmutz aufnehmen
und an sich binden. Da durch ist die axial nachgeschaltete und schmutzempfindliche
Wellendichtung 7 vor Verschmutzung und somit vor übermäßigem Verschleiß geschützt. Die
gezeigte Wellendichtung 7 befindet sich dabei in einer
entsprechenden als Hohlraum ausgebildeten Aufnahme 17.
-
Im
Beispiel der 5 weist die Getriebeeinheit 1 im
Bereich der jeweiligen Durchführung 5 ein scheibenringförmiges Schalenelement 16 auf,
welches koaxial zur Getriebeausgangswelle 4 bzw. zur Radsatzwelle 4 angeordnet
ist. Das Schalenelement 16 weist an einem radialen Außenrand
AR die Aufnahme 8 für
die Spaltdichtung 6 auf. Im Beispiel der 5 bildet
sich der dünne
Schmiermittelfilm im Spalt SP zwischen Getriebeausgangswelle 4 bzw. zwischen
der Radsatzwelle 4 und dem radialen Außenrand AR des scheibenringförmigen Schalenelements 16 aus.
Das Schalenelement 16 ist mittels nicht weiter gezeigter
Befestigungsmittel fest mit der Außenseite der Getriebeeinheit 1 verbunden.
In diesem Fall kann das Schalenelement 16 als Teil des Getriebegehäuses 2 betrachtet
werden. Zum Wechsel der Spaltdichtung 6 muss das Schalenelement 16 lediglich
in axialer Richtung der Getriebeausgangswelle 4 bzw. der
Radsatzwelle 4 weg von der Getriebeeinheit 1 zurückgeschoben
werden. Nach Tausch der Spaltdichtung 6 kann das Schalenelement 16 zurück gegen
die Getriebeeinheit 1 geschoben und dann befestigt werden.
-
Im
Beispiel der 5 ist weiterhin eine Schraube 18 gezeigt.
Die Schraube 18 dient zum Verschließen und zum öffnen einer
Schmutzfangtasche 19, in welcher sich ein Fett/Schmutzgemisch bzw.
ein Öl/Schmutzgemisch
ansammeln kann. Das Schmutzgemisch entsteht durch Vermischung des durch
den Spalt SP eindringenden Schmutzes mit dem im Spalt SP vorhandenen
dünnen
Fett- bzw. Ölfilm. Das
Schmutzgemisch gelangt über
einen Durchgangsspalt und über
eine Aussparung 20 im Getriebegehäuse 2 in die Schmutzfangtasche 19.
Das dort während
des Betriebs der Getriebeeinheit 1 angesammelte Fett/Schmutz-
bzw. Öl/Schmutzgemisch kann
nach Entfernen der Schraube 18 entfernt werden. Über die
Schmutzfangtasche 19 kann auch Wasser, wel ches während einer
Wasserdurchfahrt in geringfügigen
Mengen durch den Spalt SP eingedrungen ist, entleert werden.
-
6 zeigt
die Schnittdarstellung gemäß 5 in
einer vergrößerten Darstellung.
-
In
dieser Darstellung ist der dünne
Spalt SP, welcher sich zwischen der Radsatzwelle 4 und
dem Außenrand
AR des scheibenringförmigen
Schalenelements 16 als Teil des Getriebegehäuses 2 befindet, besonders
gut erkennbar. Die 6 zeigt weiterhin die Wellendichtung 7 im
Detail. Die Wellendichtung 7 ist einem Hohlraum 17 aufgenommen.
Wie zuvor beschrieben kann in den Hohlraum 17 ein Schmiermittel,
wie z.B. Fett, zur Bindung von Schmutz eingebracht sein, welcher
durch die Spaltdichtung 6 hindurch dringen könnten. Weiterhin
weist die Wellendichtung 8 eine Dichtlippe 10 auf,
welche die Getriebeausgangswelle 4 bzw. die Radsatzwelle 4 dicht umschließt.
-
7 zeigt
eine Seitenansicht der Getriebeeinheit 1 gemäß 5 entsprechend
der in 5 eingezeichneten Blickrichtung.
-
Die
vorliegende 7 zeigt insbesondere das Schalenelement 16 in
einer scheibenringförmigen
Ausgestaltung. Das Schalenelement 16 ist entlang der eingezeichneten
Schnittlinie SL, das heißt entlang
dessen Durchmessers, zweiteilig ausgeführt. Das Schalenelement 16 weist
daher zwei Halbschalenelemente 16a, 16b auf. Die
beiden Halbschalenelemente 16a, 16b sind mit Befestigungsschrauben 28 an
der Außenseite
der Getriebeeinheit 1 befestigt. Im Beispiel der 7 ist
weiterhin in jedem Halbschalenelement 16a, 16b eine
Schmutzfangtasche 19 ausgespart.
-
Weiterhin
zeigt 7 je ein in einem Halbschalenelement 16a, 16b ausgespartes
Schmiermittelreservoir 9. Über beispielhaft zwei Verbindungskanäle 26 ist
jedes Schmiermittelreservoir 9 mit der Aufnahme 8 der
Spaltdichtung 6 zur möglichen
Nachschmierung verbunden. Zum Nachfüllen der Schmiermittelreser voirs 9 ist
je ein Schmiermittelanschluss 27 an einem Halbschalenelement 16a, 16b vorhanden.
Mit dem Bezugszeichen 20 ist die Kontur der Aussparung
im Getriebegehäuse 2 gestrichelt dargestellt. Über die
Aussparung 20 gelangt das Fett/Schmutz- bzw. das Öl/Schmutzgemisch
vom Spalt SP in die jeweilige Schmutzfangtasche 19.
-
8 zeigt
beispielhaft einen erfindungsgemäßen Antrieb 30 mit
einem Elektromotor 31 als Antriebsmaschine und einer Getriebeeinheit 1 mit
einem darin gelagerten Radsatz 41 für ein Schienenfahrzeug.
-
Am
jeweiligen Ende der Radsatzwelle 41 ist eine Radscheibe 42 fest
angebracht. Der gezeigte Antrieb 30 ist beispielhaft ein
Tatzlagerantrieb. Dazu ist der Elektromotor 31 über ein
koaxial zur Radsatzwelle 4 drehbar gelagertes Tatzlagerrohr 43 an
den Radsatz 41 angebunden. Der Elektromotor 31 sitzt sozusagen
auf dem Radsatz 41. Mit dem Bezugszeichen 44 sind
die beiden Tatzlager bezeichnet. Über eine mit dem Bezugszeichen 45 bezeichnete
Aufhängung
kann der Elektromotor 31 z.B. an einem Drehgestellrahmen
oder an einem Wagenkastenboden des Schienenfahrzeugs befestigt werden.
Alternativ kann das Großrad 14 der
Getriebeeinheit 1 drehfest mit der Radsatzwelle 4 verbunden
sein. Mit dem Großrad 14 ist
das Kleinrad 15 im Eingriff, welches an dem Ende der Getriebeeingangswelle 3 sitzt.
Die Getriebeeingangswelle 3 ist im Beispiel der 8 eine Motorwelle.
-
Weiterhin
ist das Getriebegehäuse 2 der
gezeigten Getriebeeinheit 1 an ein Motorgehäuse 32 bzw.
an ein Maschinengehäuse
angeflanscht.
-
Im
Bereich der beiden Durchführungen 5 der Radsatzwelle 4 ist
je eine Kombination aus einer Spaltdichtung 6 und einer
Wellendichtung 7 angeordnet. Dies ist durch zwei Pfeile
angedeutet.
-
Im
Beispiel der vorliegenden 8 sind sowohl
die Getriebeeinheit 1 als auch die Antriebsmaschine 31,
das heißt
der Elektromotor 31, gegen ein zeitweiliges Ein- oder Untertauchen
gekapselt ausgeführt.
Insbesondere ist die Kapselung gemäß Ziffer 7 oder 8 des Schutzgrades
Wasserschutz nach der europäischen
Norm EN 60529 bzw. der korrespondierenden internationalen Norm IEC
529 ausgeführt. Maßgeblich
dazu trägt
die erfindungsgemäße Kombination
von Spaltdichtung 6 und Wellendichtung 7 bei.
-
9 zeigt
ein beispielhaftes Fahrwerk 40 eines Schienenfahrzeugs
mit zwei erfindungsgemäßen Antrieben 30 mit
je einem Elektromotor 31, einer Getriebeeinheit 1 und
mit einem in der Getriebeeinheit 1 gelagerten Radsatz 41.
-
Das
Fahrwerk 40 ist im Beispiel der 9 ein Drehgestell,
in welchem die beiden gezeigten Antriebe 31 eingesetzt
bzw. aufgehängt
sind. Ein Schienenfahrzeug, welches ein derartiges Fahrwerk mit den
erfindungsgemäßen Antrieben 31 aufweist,
kann vorteilhaft Wasserdurchfahrten durchführen, ohne dass eine Schädigung der
Antriebe 31 auftritt. Bei entsprechend ausgeführter Kapselung
ist sogar eine schadfreie Wasserdurchfahrt des gezeigten Fahrwerks 40 bis
zu einem Wasserstandspegel möglich, der
an den oberen Rand der gezeigten Radscheiben 42 heranreichen
kann.