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Die Erfindung betrifft ein elektrisch isolierendes Wellenanschlusselement, insbesondere zur Herstellung einer elektrischen Isolation zwischen der Antriebsanlage eines Schienenfahrzeugs und dem Schienenstrang.
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Die elektrische Isolation zwischen Maschinenkomponenten, zwischen denen eine Antriebsverbindung mittels einer Welle besteht, ist für eine Vielzahl von Anwendungen notwendig, bei denen unterschiedliche Potentiale auf Maschinenteilkomponenten auftreten können. In der vorliegenden Anmeldung wird insbesondere die elektrische Isolation eines Schienenfahrzeugs vom Schienenstrang behandelt. Hierbei ist es notwendig, den elektrischen Kontakt ausgehend von den Radsätzen an einer Stelle der Antriebsanlage zu unterbrechen, um im Falle eines Spannungsüberschlags, beispielsweise ausgelöst durch einen vorbeifahrenden Zug, den Wagenkasten einschließlich des Passagierbereichs und der im Wagenkasten aufgenommenen Steuerungselektronik zu schützen. Bei der Verwendung von Radreifen mit einer eingelegten Gummizwischenlage bestand die genannte Isolationsproblematik nicht. Allerdings kann aus Sicherheitsgründen ein solches Konzept nicht weiter verfolgt werden. Als Alternative kann die elektrische Leitungsverbindung der Komponenten einer Antriebsanlage wenigstens an einer Stelle durch ein Bauteil aus einem elektrischen Isolationsmaterial unterbrochen werden. Allerdings führt die Ausbildung von Getriebekomponenten oder Teilen der Gelenkwelle aus einem elektrischen Isolator zu der Problematik, dass Bauteile aus einem Isolationswerkstoff den beim Betrieb vorliegenden Belastungen nicht standhalten. Dies gilt auch für Verbundstrukturen, bei denen Teile der Wellenverbindungen oder der Gelenkwelle beispielsweise aus Keramikkörpern bestehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Anschlusselement für eine Welle, insbesondere für eine Antriebsanlage eines Schienenfahrzeugs, anzugeben, mit dem zum einen antriebsseitige Komponenten zur Übertragung des Kraftflusses mechanisch befestigt werden können, zum anderen sollte durch das erfindungsgemäße Element eine elektrische Isolation der Welle bewirkt werden. Neben konstruktiver und fertigungstechnischer Einfachheit soll sich eine Weitergestaltung des Wellenanschlusselements durch eine einfache Montage und Demontage auszeichnen, sodass bestehende Anlagen nachgerüstet werden können und ein einfacher Austausch im Schadensfall sichergestellt ist.
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Zum druckschriftlichen Stand der Technik wird auf die Dokumente
DE 197 03 283 A1 ,
US 2 046 817 A und
US 2 892 503 A verwiesen. Diese Dokumente zeigen eine Isolationsschicht an einer Schnittstelle zu einer weiteren anzuschließenden Wellenkomponente.
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Das Dokument
US 2 214 512 A beschreibt einen Propeller mit einer konischen Hülse, die auf einer Welle aufgeschoben ist. Hierzu weist die Hülse eine Innenöffnung auf. Ferner ist ein Gummidämpfer zur Dämpfung von Drehschwingungen vorgesehen.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine in ein Wellenanschlusselement integrierte, elektrische Isolation eine dünne Isolationsschicht, insbesondere aus einem Keramikwerkstoff, umfassen sollte, die zwischen einem äußeren Wellenelement und einem inneren Wellenelement eingeschlossen wird. Dieser Einschluss erfolgt erfindungsgemäß derart, dass entweder auf der Innenfläche des äußeren Wellenelements und/oder auf der Außenfläche des inneren Wellenelements eine elektrische Isolationsbeschichtung, insbesondere eine Keramikbeschichtung, aufgebracht wird, deren Schichtstärke an die notwendige elektrische Isolationsanforderung angepasst wird. Nach Herstellung der Beschichtung erfolgt das Zusammenfügen des äußeren Wellenelements und des inneren Wellenelements mittels eines Pressverbands, insbesondere eines Zylinder-Pressverbands, sodass die elektrische Isolationsbeschichtung zwischen diesen beiden Wellenelementen geschützt ist. Zwar vollzieht sich die Übertragung des Wellenmoments zwischen dem inneren Wellenelement und dem äußeren Wellenelement über die elektrische Isolationsbeschichtung, da die Wellenelemente zur Erzielung der elektrischen Isolation an keiner Stelle in einen Anlagekontakt treten dürfen, gleichwohl wird durch den Einschluss zwischen dem inneren Wellenelement und dem äußeren Wellenelement mittels Pressverband sichergestellt, dass die empfindliche elektrische Isolationsbeschichtung auch unter Belastung nicht derart deformiert wird, dass ein Sprödbruch eintritt.
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Zur Ausbildung eines Zylinder-Pressverbands ist im äußeren Wellenelement eine zylindrische Innenöffnung vorgesehen, diese kann als Durchgangsbohrung ausgebildet sein oder als zylindrische Ausnehmung, beispielsweise als Sackbohrung gestaltet sein. Am inneren Wellenelement ist eine entsprechend geformte zylindrische Außenfläche angelegt, die ein gewisses Übermaß zur Innenöffnung im äußeren Wellenelement aufweist. Der für das Zusammenführen notwendige Temperaturunterschied zwischen dem äußeren Wellenelement und dem inneren Wellenelement wird vorteilhafterweise so hergestellt, dass nur eines der beiden Wellenelemente die elektrische Isolationsbeschichtung aufweist und auf Raumtemperatur belassen wird, wobei das andere, nicht beschichtete Wellenelement vor dem Zusammenfügen gekühlt oder erwärmt wird. Besonders bevorzugt wird das Aufbringen einer Keramikbeschichtung als elektrische Isolationsbeschichtung auf der zylindrischen Außenfläche des inneren Wellenelements, wobei vor dem Zusammenfügen das äußere Wellenelement durch Erhitzen aufgedehnt wird. Im umgekehrten Fall wird die elektrische Isolationsbeschichtung in der zylindrischen Innenöffnung des äußeren Wellenelements aufgebracht und vor dem Zusammenfügen das nicht beschichtete, innere Wellenelement abgekühlt. Durch diese Vorgehensweise wird jeweils das beschichtete Wellenelement weder gekühlt noch erhitzt, sodass keine thermischen Spannungen aufgrund unterschiedlicher thermischer Expansionskoeffizienten für das Material des Wellenelements und die Isolationsbeschichtung auftreten können, welche möglicherweise zu einer Beschädigung der elektrischen Isolationsbeschichtung führen kann, bevor der Pressverband endgültig hergestellt ist. Nachdem der Temperaturausgleich zwischen dem äußeren Wellenelement und dem inneren Wellenelement erfolgt ist, das heißt nach der Einspannung der elektrischen Isolationsbeschichtung, ist die Belastungsverteilung derart gleichmäßig, dass die elektrische Isolationsbeschichtung auch beim Übertrag hoher Momente zwischen den Wellenelementen sicher geschützt wird.
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Das erfindungsgemäße Wellenanschlusselement ist bevorzugt als separates Bauteil ausgebildet, das zum Zweck der Montage und Demontage im Sinne der Wartbarkeit und der Nachrüstbarkeit bestehender Komponenten Verbindungselemente am äußeren Wellenelement und am inneren Wellenelement umfasst. Als Verbindungselemente können Verbindungselemente für formschlüssige Verbindungen, wie Keilprofile, Kerbverzahnungen oder Polygonprofile, beziehungsweise zusätzliche Elemente, wie Passfedern oder Querstifte, verwendet werden. Ferner können Verbindungselemente vorgesehen sein, welche die Herstellung eines Reibschlusses zu einer Gegenfläche, beispielsweise durch ein Aufklemmen oder Aufpressen, ermöglichen. Auch eine Kombination aus form- und reibschlüssig wirkenden Verbindungselementen ist denkbar. Darüber hinaus kann ein erfindungsgemäßes Wellenanschlusselement auch stoffschlüssig, beispielsweise durch Kleben, Löten oder Schweißen, mit weiteren Wellenkomponenten verbunden werden.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wellenanschlusselements stellt ein Flanschelement dar, das einen Hülsenkörper umfasst, der das äußere Wellenelement bildet und welcher beispielsweise als Verbindungselement einen Anschlussflansch trägt. Dieser Anschlussflansch ist typischerweise einstückig mit dem restlichen Teil des Hülsenkörpers ausgebildet und befindet sich an einer der Stirnseiten des Hülsenkörpers, wobei zum späteren Anschluss einer weiteren Wellenkomponente im Anschlussflansch ein Bohrmuster vorliegt. Der Hülsenkörper weist ferner eine zylindrische Durchgangsöffnung auf, die zur Aufnahme einer Innenbüchse mit einer zylindrischen Außenwand dient, die das innere Wellenelement bildet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung trägt die zylindrische Außenfläche der Innenbüchse die elektrische Isolationsbeschichtung und insbesondere eine Beschichtung mittels einer Isolationskeramik, wie Aluminiumoxid. Weitere geeignete keramische Materialien sind beispielsweise Magnesiumoxid, Zirkonoxid, Titanoxid, Aluminiumtitanat, Siliziumcarbid, Borcarbid, Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid und Bornitrid. Auch nichtkeramische Materialien können für bestimmte Anwendungen Verwendung finden, beispielsweise gläserne Dünnschichten oder aufgedampfte Kunststoffe.
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Im zusammengesetzten Zustand des Flanschelements sind der Hülsenkörper und die Innenbüchse elektrisch durch die elektrische Isolationsbeschichtung voneinander getrennt, wobei der Hülsenkörper und die Innenbüchse typischerweise aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff, wie Stahl, bestehen. Alternativ können zu deren Ausbildung Verbundmaterialien eingesetzt werden. Ferner ist es denkbar, zusätzlich zu der vom Pressverband zwischen äußerem Wellenelement und innerem Wellenelement eingefassten elektrischen Isolationsbeschichtung zusätzliche Isolationselemente aufzunehmen. Für den Fall, dass diese nicht Teil des Lastpfades sind, ist es möglich, diese dickwandig, beispielsweise in Form eines Keramikkörpers, auszubilden.
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Nachdem der Pressverband zwischen der Innenbüchse und dem Hülsenkörper hergestellt ist, tritt ein wirksamer Schutz der elektrischen Isolationsbeschichtung ein. Zusätzlich werden durch den Pressverband bei der späteren Verwendung des Flanschelements die auf die Innenbüchse oder den Hülsenkörper eingeleiteten Kräfte und Momente sicher über die elektrische Isolationsbeschichtung übertragen, soweit deren Schichtstärke hinreichend klein gewählt wird. Folglich wird erfindungsgemäß die Schichtstärke gerade so eingestellt, dass die gewünschte elektrische Isolation sichergestellt ist und darüber hinaus im Wesentlichen kein zusätzlicher Materialauftrag vorgenommen. Die tatsächlich verwendete Beschichtungsstärke zur Ausbildung der elektrischen Isolationsbeschichtung hängt von den Anforderungen bezüglich der geforderten Widerstandswerte ab und wird im Hinblick auf die Durchschlagsfestigkeit bei den möglicherweise anliegenden Spannungen gewählt. Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Wellenanschlusselements in Antriebsanlagen für Schienenfahrzeuge haben sich Schichtstärken von kleiner als 2 mm als vorteilhaft erwiesen. Gelingt eine homogene Ausbildung der elektrischen Isolationsbeschichtung sind Schichtstärken kleiner als 1 mm bevorzugt, insbesondere kleiner als 750 μm und bevorzugt kleiner als 600 μm. Ferner haben sich besonders geringe Beschichtungsstärken von 500 μm und kleiner als besonderes haltbar und elektrisch hinreichend isolierend erwiesen.
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Wird als elektrische Isolationsbeschichtung eine Keramikbeschichtung gewählt, so kann als Beschichtungsverfahren ein Schlicker mittels Tauchen oder Spritzen aufgebracht werden, der nachfolgend getrocknet und aufgeschmolzen wird. Durch dieses aus der Emaille-Herstellung bekannte Verfahren ist es allerdings schwierig, die gefordert hinreichend geringen Schichtdicken sicherzustellen, sodass zur Herstellung einer keramischen Installationsschicht bevorzugt ein thermisches Spritzverfahren wie ein Flamm- oder Plasmaspritzverfahren verwendet wird. Hier wird das zunächst pulverförmige Beschichtungsmaterial zunächst in den schmelzflüssigen Zustand überführt und mittels eines Trägergases auf die Metalloberfläche aufgespritzt. Unterschieden wird zwischen dem Flammspritzen, bei dem ein Brenngas wie Wasserstoff oder Propan verwendet wird, und dem Plasmaspritzen, bei dem in einem Lichtbogen ein wenigstens teilweise ionisiertes Gas entsteht. Durch dieses Verfahren können als Beschichtungswerkstoffe Al2O3, TiO2, Carbide, Nitride oder Bornitride verwendet werden.
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Als elektrische Isolationsbeschichtungen werden bevorzugt Materialien verwendet, deren thermisches Ausdehnungsverhalten möglichst jenem des Werkstoffs für das äußere Wellenelement und das innere Wellenelement entspricht. Bei einer Materialwahl einer Keramikbeschichtung auf Stahl wird dies im allgemeinen Fall nicht gegeben sein, sodass als weitere Forderung eine Beschichtung mit einem geringen E-Modul verwendet wird, sodass bei allen sich bei der Ausbildung des Pressverbands einstellenden Temperaturdifferenzen die Spannung in der Beschichtung hinreichend klein wird. Als Material mit geringem E-Modul bietet sich Al2O3·TiO2 mit einem E-Modul von 13 GPa an. Ferner ist es denkbar, unter der Funktionsbeschichtung, die die elektrische Isolation bewirkt, eine zusätzliche Schicht vorzusehen, die beispielsweise metallisch und damit elektrisch leitfähig sein kann und die zur Verbesserung der Hafteigenschaften dient oder deren Funktion darin besteht, Spannungen im Schichtverbund zwischen der elektrischen Isolationsbeschichtung und dem Material vom Hülsenkörper beziehungsweise Innenbüchse abzufangen.
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Wird das erfindungsgemäße Wellenanschlusselement als separates Bauteil, beispielsweise in Form eines Flanschelements ausgebildet, so wird bevorzugt als Verbindung des inneren Wellenelements mit einer anschließenden Wellenkomponente eine reibschlüssige Verbindung in Form eines Kegel-Pressverbands gewählt. Hierzu weist das innere Wellenanschlusselement eine leicht konisch zulaufende Innenöffnung auf, die zur Herstellung einer Verbindung auf einen entsprechend ausgebildeten Kegelstumpf an der weiteren Wellenkomponente aufgeschoben wird. Besonders bevorzugt wird hierbei jeweils ein flacher kegelförmiger Verlauf der Innenöffnung und des Kegelstumpfs gewählt, der beispielsweise im Verhältnis 1:50 angelegt ist. Durch die Wahl eines Kegel-Pressverbands und entsprechend geformter Verbindungselemente ist es möglich, das erfindungsgemäße Wellenanschlusselement zu Wartungszwecken oder zur Ausführung eines Bauteilwechsels abzuziehen und eventuell wiederzuverwenden. Dieses Abziehen kann dadurch unterstützt werden, dass im Kegelstumpf der weiteren Wellenkomponente eine Bohrung zur Befüllung einer ringförmigen Ausnehmung auf der Oberfläche des Kegelstumpfs mit einem Druckmedium, beispielsweise ein Öl, vorgesehen ist, durch das die Innenfläche der Durchgangsöffnung im inneren Wellenelement im aufgesetzten Zustand druckbeaufschlagt werden kann. Hieraus resultiert eine radial nach außen wirkende, das innere Wellenanschlusselement aufweitende Kraft und zusätzlich eine Schmierung, was das Abziehen des Wellenanschlusselements erleichtert.
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Durch die voranstehend beschriebene Ausgestaltung des Wellenanschlusselements ist es möglich, dieses nachträglich in bestehende Maschinenkomponenten, insbesondere in Antriebsanlagen für Schienenfahrzeuge, einzusetzen. Wird nur die Welle, auf die ein erfindungsgemäßes Wellenanschlusselement aufsitzt, ausgetauscht, so ist eine vorteilhafte Eigenschaft des erfindungsgemäßen Wellenanschlusselements darin zu sehen, dass dieses beim Lösen der Verbindung zur weiteren Wellenkomponente so entfernt werden kann, dass die innenliegende, durch den Pressverband geschützte elektrische Isolationsbeschichtung intakt bleibt. Demnach kann ein für Wartungszwecke demontiertes erfindungsgemäßes Wellenanschlusselement mehrfach erneut verbaut werden.
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Die Erfindung wird anhand von Figuren genauer beschrieben, in denen im Einzelnen Folgendes dargestellt ist.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Wellenanschlusselement als Flanschelement im Axialschnitt.
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2 zeigt den Hülsenkörper eines Flanschelements aus 1 vor dem Einsetzen der Innenbüchse im Axialschnitt.
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3 zeigt die nicht eingesetzte Innenbüchse des erfindungsgemäßen Flanschelements aus 1 im Axialschnitt.
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4 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Wellenanschlusselements.
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5 zeigt schematisch vereinfacht die Verwendung erfindungsgemäßer Wellenanschlusselemente für die Antriebsanlage eines Schienenfahrzeugs.
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1 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Wellenanschlusselements 1 in der Form eines Flanschelements 8 im zusammengesetzten Zustand. Das äußere Wellenelement 2 ist als Hülsenkörper 9 ausgebildet. Dies wird nochmals in 2 im nicht zusammengesetzten Zustand dargestellt. Der Hülsenkörper 2 trägt einen Anschlussflansch 10 mit einem Bohrmuster 11. Dieser dient als Verbindungselement zur Befestigung einer weiteren, anschließenden Wellenkomponente, die im Einzelnen nicht dargestellt ist. Der Hülsenkörper 9 weist eine zylindrische Innenöffnung 4 auf, die im vorliegenden Fall als Durchgangsöffnung ausgebildet ist. Der Wandungsbereich dieser zylindrischen Innenöffnung 4 bildet die Innenfläche des äußeren Wellenelements 5.
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In 1 ist ferner eine Innenbüchse 12 dargestellt, die als inneres Wellenelement 3 dient. Diese ist nochmals im unverbauten Zustand in 3 gezeigt. Die Innenbüchse 12 trägt an ihrer radial äußeren Außenfläche, welche in dieser Ausgestaltung die Außenfläche des inneren Wellenelements 6 darstellt, eine elektrische Isolationsbeschichtung 7, insbesondere aus einem keramischen Material. Die Innenbüchse 12 besteht wie der Hülsenkörper 9 bevorzugt aus Stahl und ist einschließlich der elektrischen Isolationsbeschichtung 7 in Radialrichtung so dimensioniert, dass sie ein zur Herstellung eines Pressverbands geeignetes Übermaß gegenüber dem Durchmesser der zylindrischen Innenöffnung 4 des Hülsenkörpers 2 aufweist.
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1 zeigt den Zustand, bei dem die außen mit der elektrischen Isolationsbeschichtung 7 versehene Innenbüchse 12 in die zylindrische Innenöffnung 4 des Hülsenkörpers 2 mittels eines Pressverbands eingesetzt wird. Hierzu wird ein Temperaturunterschied zwischen beiden Bauteilen erzeugt, der zu einer solchen Relativdehnung führt, dass ein Einsetzen der Innenbüchse 12 in die zylindrische Innenöffnung 4 so ausgeführt werden kann, dass die elektrische Isolationsbeschichtung 7 intakt bleibt. Nach dem Temperaturausgleich entsteht mit dem Pressverband ein Reibschluss zwischen beiden Komponenten, der zugleich die fragile elektrische Isolationsbeschichtung 7 schützt.
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Bevorzugt wird der Pressverband derart ausgeführt, dass die Innenbüchse 12 mit der elektrischen Isolationsbeschichtung 7 weder erhitzt noch gekühlt wird, um in der elektrischen Isolationsbeschichtung 7 keine Spannungen zu erzeugen, stattdessen wird lediglich das äußere Wellenelement 2, das heißt der Hülsenkörper 9, durch Erwärmen vor dem Zusammenfügen aufgeweitet. Für eine Ausgestaltungsalternative, bei der die elektrische Isolationsbeschichtung 7 auf der Innenfläche des äußeren Wellenelements 5 aufgebracht ist, wird entsprechend der für den Pressverband notwendige Temperaturunterschied ausschließlich durch Kühlung des inneren Wellenelements 3 bewirkt. Alternativ kann beim Aufbringen der elektrischen Isolationsbeschichtung 7 das äußere Wellenelement 2 erhitzt werden und das innere Wellenelement 3 noch vor dem Abkühlen des äußeren Wellenelements 2 in die zylindrische Innenöffnung 4 eingebracht werden, sodass mit dem Temperaturausgleich und dem Entstehen des Pressverbands die elektrische Isolationsbeschichtung 7 geschützt ist.
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Für das bisher dargestellte Ausgestaltungsbeispiel wird von einer zylindrischen Innenöffnung 4 im äußeren Wellenelement 2 ausgegangen, wobei die Außenfläche des inneren Wellenelements 6 entsprechend zylindrisch geformt ist, sodass der die elektrische Isolationsbeschichtung 7 einschließende Pressverband als Zylinder-Pressverband ausgebildet ist. Dies stellt eine bevorzugte Ausgestaltung dar, da die elektrische Isolationsbeschichtung 7 bei der Ausbildung des Pressverbands im Wesentlichen nur radial eingespannt und damit sicher geschützt wird. Allerdings sind auch weitere Realisierungen der Erfindung denkbar, bei denen die Innenöffnung 4 von einer zylindrischen Gestaltung abweicht. So können die Innenfläche des äußeren Wellenelements 5 und die Außenfläche des inneren Wellenelements 6 mit einer schwachen Konizität ausgebildet sein, wodurch das Zusammensetzen des äußeren Wellenelements 2 und des inneren Wellenelements 3 vereinfacht wird. In diesem Fall wird der Pressverband als Kegel-Pressverband ausgebildet. Um Querkräfte in der elektrischen Isolationsbeschichtung 7 hinreichend klein zu halten, werden die konischen Flächen flach verlaufend gewählt.
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Das in den 1–3 gezeigte erfindungsgemäße Wellenanschlusselement 1 weist als Verbindungselement für das innere Wellenelement 3 zum Anschluss an weitere Wellenkomponenten (im Einzelnen in den Figuren nicht dargestellt) eine konisch zulaufende Innenöffnung 15 auf, die auf ein entsprechend geformtes konisches Gegenstück zur Herstellung eines Kegel-Pressverbands aufgesetzt werden kann. Eine solche Verbindung kann für Wartungszwecke erneut gelöst werden, sodass ein erfindungsgemäßes Wellenanschlusselement 1 bevorzugt als separates, demontierbares Bauteil ausgebildet wird. Allerdings können beim Abnehmen eines Flanschelements 8 von der weiteren Wellenkomponente hohe Zugkräfte notwendig sein, sodass verhindert werden muss, dass eine die Funktionsfähigkeit der elektrischen Isolationsbeschichtung 7 unter Umständen schädigende Relativbewegung von Innenbüchse 12 und Hülsenkörper 9 eintritt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird daher ein stirnseitig an der Innenbüchse 12 befestigtes Anschlagselement 13 vorgesehen, das bevorzugt als umlaufender Bund ausgebildet ist. Im zusammengesetzten Zustand – siehe 1 – liegt dieses Anschlagselement 13 an einem entsprechend geformten Gegenstück 14 am Hülsenkörper 9 an (mit der wiederum dazwischen verlaufenden elektrischen Isolationsbeschichtung 7), sodass bei einer Abzugsbewegung des Flanschelements 8 in Axialrichtung das Anschlagselement 13 und damit die Innenbüchse 12 vom Hülsenkörper 9 mitgenommen wird. Hierzu muss das Anschlagselement 13 radial über den Durchmesser der zylindrischen Innenöffnung 4 im Hülsenkörper 9 nach außen greifen. Eine entsprechende Funktion kann auch durch ein im Einzelnen in den Figuren nicht dargestelltes Element, das in Verbindung mit dem Hülsenkörper 9 steht, wahrgenommen werden. Beispielsweise kann ein radial nach innen greifendes zweites Anschlagselement vorgesehen sein, das auf der zum Anschlussflansch 10 gegenüberliegenden Stirnseite des Hülsenkörpers 2 angeordnet ist und welches über die zylindrische Außenfläche der Innenbüchse 12 hinaus radial nach innen greift und sich demnach in die Innenbüchse 12 einhakt und bei einer Abzugsbewegung diese in axialer Richtung mitnimmt. Das zweite Anschlagselement muss entsprechend zum Anschlagselement 13 derart isoliert sein, dass kein Massenkontakt zwischen dem äußeren Wellenelement 2 oder dem inneren Wellenelement 3 auftreten kann.
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Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wellenanschlusselements 1 ist in 4 skizziert. Dargestellt ist das äußere Wellenelement 2, das in Form einer Buchse ausgebildet ist, wobei die Innenöffnung 4 wiederum zylindrisch angelegt ist und ein Sackloch bildet. Das innere Wellenelement 3 umfasst einen zylindrischen Wellenstutzen 20, an dessen radial äußeren Fläche die Isolationsbeschichtung 7 aufgebracht ist und der einschließlich der elektrischen Isolationsbeschichtung 7 bezüglich seiner Radialerstreckung so dimensioniert ist, dass er mit der Innenöffnung 4 im äußeren Wellenelement 2 einen Zylinder-Pressverband eingehen kann.
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Aus 4 wird deutlich, dass in der vorliegenden Anmeldung als äußeres Wellenelement 2 jener Teil des Wellenanschlusselements 1 verstanden wird, der den radial äußeren Teil, des die elektrische Isolationsbeschichtung 7 einschließenden Pressverbands bildet. Entsprechend liegt das innere Wellenelement 3 bezüglich des Pressverbands innen. Dabei ist es möglich, dass das innere Wellenelement 3 Teilbereiche aufweist, die an den Bereich des Pressverbands anschließen und welche bezüglich ihrer radialen Ausdehnung den Abmessungen des äußeren Wellenelements 2 entsprechen oder diese übersteigen.
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Ferner ist aus 4 ersichtlich, dass zusätzlich zur elektrischen Isolationsbeschichtung 7 zusätzliche elektrische Isolationselemente aufgenommen werden können. Vorliegend wird stirnseitig zum zylindrischen Wellenstutzen 20 ein scheibenförmiges Isolationselement 18 eingelegt. Entsprechend schließt sich an die Stirnseite des buchsenförmigen äußeren Wellenelements 2 ein ringförmiges Isolationselement 19 an. Diese Isolationselemente sind nicht Teil des Pressverbands, über die der Momentenübertrag vom äußeren Wellenelement 2 zum inneren Wellenelement 3 beziehungsweise umgekehrt erfolgt, sodass es nicht notwendig ist, diese Isolationselemente als Isolationsbeschichtung 7 auszubilden. Der Einfachheit halber werden deshalb das scheibenförmige Isolationselement 18 und das ringförmige Isolationselement 19 als einlegbare Volumenkörper, vorzugsweise aus einem keramischen Isolationsmaterial, hergestellt.
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Für die in 4 gezeigte Ausgestaltung des Wellenanschlusselements 1 sind als Verbindungselemente zum Anschluss weiterer, nachfolgender Wellenkomponenten (im Einzelnen nicht dargestellt) eine Gelenkgabel 16 als Teil eines Kreuzgelenks für das innere Wellenelement 3 dargestellt. Für das äußere Wellenelement 2 sind formschlüssige Verbindungselemente 17 vorgesehen, die in entsprechend geformte Gegenstücke einer nicht dargestellten anschließenden Hohlwelle eingreifen.
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5 zeigt schematisch die Komponenten der Antriebsanlage für ein Schienenfahrzeug, vorliegend ein Triebwagen. Dargestellt ist ein Motor 25, ein Turbogetriebe 26, eine Hydrostatikpumpe 27, eine Gelenkwelle 28 zum Antrieb eines Radsatzgetriebes 19, das wiederum die Traktion auf den Radsatz 30 überträgt. Ein erstes erfindungsgemäßes Wellenanschlusselement 1 ist als Mittelstück der Gelenkwelle 28 vorgesehen. Dabei ist es denkbar, dieses Wellenanschlusselement 1 entsprechend zu 4 auszugestalten. Weitere Wellenanschlusselemente 1.2 und 1.3 können entsprechend zu 1 ausgestaltet sein und am antriebsseitigen beziehungsweise dem abtriebsseitigen Ende der Gelenkwelle 28 angeordnet sein. Durch eine solchermaßen ausgestaltete Gelenkwelle 28 ist eine redundante Anordnung von Wellenanschlusselementen 1, 1.2, 1.3 skizziert, die eine elektrische Isolation vom Radsatzgetriebe 29 bewirken.
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Weitere Anwendungen des erfindungsgemäßen Flanschelements 8 für die dargestellte Antriebsanlage sind möglich, so kann die elektrische Trennung durch die Anordnung eines erfindungsgemäßen Wellenanschlusselements 1 an der Abtriebswelle des Turbogetriebes vorgenommen werden, sodass die nachfolgenden Komponenten der Antriebsanlage elektrisch von den Radsätzen 30 getrennt sind. Ferner ist im Rahmen des fachmännischen Könnens eine Vielzahl weiterer Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Flanschelements für die unterschiedlichsten Maschinen denkbar. Weitere Modifikationen ergeben sich aus dem Schutzumfang der nachfolgenden Patentansprüche.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1.2, 1.3
- Wellenanschlusselement
- 2
- äußeres Wellenelement
- 3
- inneres Wellenelement
- 4
- Innenöffnung
- 5
- Innenfläche des äußeren Wellenelements
- 6
- Außenfläche des inneren Wellenelements
- 7
- elektrische Isolationsbeschichtung
- 8
- Flanschelement
- 9
- Hülsenkörper
- 10
- Anschlussflansch
- 11
- Bohrmuster
- 12
- Innenbüchse
- 13
- Anschlagselement
- 14
- Gegenstück
- 15
- konisch zulaufende Innenöffnung
- 16
- Gelenkgabel
- 17
- formschlüssiges Verbindungselement
- 18
- scheibenförmiges Isolationselement
- 19
- ringförmiges Isolationselement
- 20
- zylindrischer Wellenstutzen
- 25
- Motor
- 26
- Turbogetriebe
- 27
- Hydrostatikpumpe
- 28
- Gelenkwelle
- 29
- Radsatzgetriebe
- 30
- Radsatz
