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Die Erfindung betrifft eine Drehmomentenstütze sowie ein Drehgestell, insbesondere für ein mit einem Antrieb versehenes Schienenfahrzeug, zum Beispiel für eine Lok.
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Ein solches Drehgestell weist einen Drehgestellrahmen auf. Der Rahmen trägt einen oder mehrere Radsätze. Jeder Radsatz umfasst Räder, ein Radsatzgetriebe mit einer Radsatzwelle und einem Radsatzgetriebegehäuse. Wenigstens einer der Radsätze steht in einer Triebverbindung mit einem Antriebsmotor des Schienenfahrzeugs. In dieser Triebverbindung ist in der Regel ein Getriebe angeordnet.
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So kommen üblicherweise in Metro-Schienenfahrzeugen, also im Schienenverkehr mit maximalen Betriebsgeschwindigkeiten von 80 bis 110 km/h, einstufige Stirnradgetriebe zur Übertragung der Antriebsleistung vom Antriebsmotor auf die Räder zum Einsatz. Die Erfindung ist besonders geeignet für derartige Schienenfahrzeuge. Aufgrund unterschiedlicher maximaler Betriebsgeschwindigkeiten, die in der Regel zwischen 80 km/h und 110 km/h betragen, und verschiedener Motorkonzepte variieren die Getriebeübersetzungen herkömmlich meist zwischen 6,3 und 7,7. Dies führt zu der Notwendigkeit, dass je nach vom Betreiber gewünschter Übersetzung, die entsprechend der vorgesehenen maximalen Betriebsgeschwindigkeit gewählt wird, ein Getriebe aus einer Vielzahl von bevorrateten oder angebotenen Getrieben verschiedener Größen ausgewählt und in das Schienenfahrzeug eingebaut werden muss. Die Hersteller solcher Schienenfahrzeugsgetriebe bieten daher in der Regel verschiedene Getriebe unterschiedlicher Größen an, bei welchen die Verwendung von Gleichteilen für die verschiedenen Getriebegrößen äußerst begrenzt ist.
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Da derartige Getriebe gegen das Antriebsmoment des Antriebsmotors hinsichtlich ihrer Einbaulage insbesondere im Drehgestell des Schienenfahrzeugs abgestützt werden müssen, sind Drehmomentenstützen vorgesehen. Diese ermöglichen eine gelenkige Abstützung des Getriebes am Drehgestell. Abhängig von der Größe des verwendeten Getriebes sowie Drehgestells und der dortigen Einbaulage, müssen durch die Drehmomentenstützen unterschiedliche Abstände überbrückt werden. Somit muss eine Vielfalt von verschiedenen Drehmomentenstützen unterschiedlicher Längen und Ausführungen bevorratet werden. Bei urformend hergestellten Drehmomentenstützen ist für jede Ausführungsform ein separates Werkzeug nötig. All dies erhöht die Herstellungs- und Bevorratungskosten sowohl für neue Getriebe als auch für die Drehmomentenstützen und Ersatzteile. Dies ist dann von Nachteil, wenn infolge von Garantiezusagen die Produkte der verschiedenen Bauteile über Jahre hinweg für einen möglicherweise notwendigen Austausch vorrätig gehalten werden müssen. Die erhöhte Vielfalt ist besonders bei Neuerungen nachteilig, da jede einzelne Ausführung entsprechend der neuen Technologie angepasst werden muss. Dies wiederum zieht erhöhte Entwicklungskosten nach sich.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehmomentenstütze sowie ein Drehgestell für ein Schienenfahrzeug anzugeben, welches die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Insbesondere soll eine Drehmomentenstütze angegeben werden, welche sich leicht an unterschiedliche Anbindungen des Radsatzgetriebes an das Drehgestell anpassen lässt sowie unterschiedliche Längen und Winkeleinbaulagen ermöglicht. Gleichzeitig sollen die Bauteilvielfalt sowie die Entwicklungs- und Herstellungskosten reduziert werden.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Drehmomentenstütze sowie ein Drehgestell für ein Schienenfahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind besonders vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Eine erfindungsgemäße Drehmomentenstütze zur gelenkigen gegenseitigen Abstützung zweier Elemente, insbesondere einerseits einem Rahmen oder einem Drehgestell und andererseits einem Gehäuse wie einem Radsatzgetriebegehäuse eines Schienenfahrzeugs, umfasst einen Stab, an dessen beiden Enden je ein Aufnahmekopf angeordnet ist. Dabei weist der Aufnahmekopf ein Lager zur Aufnahme eines Bolzens auf, welcher zur Abstützung an dem jeweiligen Element dient.
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Der Stab ist erfindungsgemäß wenigstens im Bereich seiner beiden Enden als Hülse ausgeführt. Dabei weist das Lager eine Buchse auf, die in Radialrichtung des Bolzens zwischen dem Bolzen und dem Aufnahmekopf angeordnet ist und über wenigstens ein weiteres Lagerelement am Aufnahmekopf abgestützt ist. Die Buchse weist hierbei auf ihrem Außenumfang einen bauchförmigen Abschnitt nach Art einer Kugelkalotte auf.
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Mittels der Erfindung können unterschiedlichen Einbausituationen des Getriebes relativ zum Drehgestell realisiert werden. So können Anpassungen an die gewünschte Einbausituation durch Anpassen der Länge des Stabs erfolgen, indem dieser je nach Ausführungsform entsprechend abgelängt und dann mit den Aufnahmeköpfen versehen wird, welche beispielsweise durch Reibschweißen mit dem Stab verbunden werden. Somit können stets die gleichen Aufnahmeköpfe für unterschiedliche Ausführungsformen benutzt werden, ohne dass für jede Drehmomentenstütze wie beim Stand der Technik eine eigene Urform nötig wird. Hierdurch werden die Bauteilvielfalt der Drehmomentenstützen sowie die Entwicklungskosten, Herstellungskosten und Bevorratungskosten erheblich reduziert. Gleiches gilt für zugehörige Radsatzgetriebe, welche im Allgemeinen dem Getriebe in Leistungsübertragungsrichtung vom Antriebsmotor zu den Rädern gesehen, nachgeschaltet sind.
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Ein erfindungsgemäßes Drehgestell für ein Schienenfahrzeug umfasst einen Drehgestellrahmen mit wenigstens einem Radsatz, umfassend zwei Räder, ein Radsatzgetriebe, eine Radsatzwelle und ein Radsatzgetriebegehäuse. Weiterhin ist eine Drehmomentenstütze zur gelenkigen gegenseitigen Abstützung des Radsatzgetriebes am Drehgestell oder Drehgestellrahmen vorgesehen, wobei die Drehmomentenstütze erfindungsgemäß ausgeführt ist.
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Die Erfindung soll nun nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Figuren exemplarisch erläutert werden.
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Es zeigen:
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1 ein Drehgestell mit drei Radsätzen in einer perspektivischen Darstellung.
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2 eine Drehmomentenstütze in einer Draufsicht und einem Axialschnitt durch dessen Längsachse gemäß dem Stand der Technik.
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3 eine erfindungsgemäße Drehmomentenstütze ebenfalls in einer Draufsicht sowie einem Querschnitt durch die Längsachse.
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Das in 1 gezeigte Drehgestell ist für eine Lok bestimmt. Es ist wie folgt aufgebaut: Es umfasst drei Radsätze 2, 3, 4. Jeder Radsatz 2, 3, 4 umfasst zwei Räder 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 und 4.1, 4.2, ferner Radsatzwellen 2.3, 3.3 und 4.3, ein Radsatzgetriebe 2.4, 3.4, 4.4 und je ein Radsatzgetriebegehäuse 8.1, 8.2, 8.3.
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Man erkennt ferner vier Federn 5. Diese sind zwischen das Drehgestell und den nicht gezeigten Lokrahmen geschaltet, ferner Federn 6, die zwischen einem Drehgestellrahmen 15 und der jeweiligen Radsatzwelle 2.3, 3.3 und 4.3 geschaltet sind.
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Die dargestellten Bauelemente sind von dem Drehgestellrahmen 15 aufgenommen. Vorliegend ist am Drehgestellrahmen 15 das Radsatzgetriebe 2.4, 3.4, 4.4 jeweils mit einer Drehmomentenstütze 1 gelenkig abgestützt. Die Drehmomentenstütze 1 dient zur Aufnahme des vom nicht gezeigten Antriebsmotors über ein ebenfalls nicht dargestelltes Getriebe des Schienenfahrzeugs auf das Radsatzgetriebe 2.4, 3.4, 4.4 übertragenen Antriebsmoments. Natürlich könnte auch das Getriebe über die erfindungsgemäßen Drehmomentenstützen beispielsweise am Drehgestellrahmen 15 gelenkig abgestützt sein.
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In 2 ist eine solche Drehmomentenstütze 1, wie sie gemäß dem Stand der Technik bekannt geworden ist, gezeigt. Diese ist durch Urformen, beispielsweise Gießen oder Schmieden, hergestellt und umfasst einen gabelschlüsselförmigen Stab 10, welcher an seinen beiden Enden 10.1 jeweils integral einen Aufnahmekopf 12.1, 12.2 ausbildet, in dem ein Lager 13.1, 13.2 zur Aufnahme jeweils eines Bolzens 14.1, 14.2 vorgesehen ist. Die Bolzen 14.1, 14.2 sind tonnenförmig ausgebildet, um eine optimale Aufnahme von Quer- und Biegemomenten vom Getriebe auf das Drehgestell zu übertragen. Die Tonnenform bedingt jedoch aufgrund der Fertigungstoleranzen höhere Herstellungskosten.
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Nachteilig an diesen Drehmomentenstützen ist jedoch, dass für unterschiedliche Anbindungslängen, das bedeutet für unterschiedliche Abstände zwischen zwei Längsachsen der beiden Bolzen 14.1, und 14.2 stets eine neue Drehmomentenstütze und damit eine neue Guss- oder Schmiedeform zur Herstellung dieser nötig ist. Dies geht mit hohen Entwicklungs-, Herstellungs- und Lagerkosten einher, wenn eine Vielzahl unterschiedlicher Ausführungsformen derartiger Drehmomentenstützen angeboten werden muss.
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In 3 ist eine erfindungsgemäße Drehmomentenstütze 1 gezeigt. Dabei sind wie vorangehend beschrieben dieselben Bauelemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Der Stab 10 der erfindungsgemäßen Drehmomentenstütze 1 ist vorliegend durchgehend als Hülse ausgeführt. Hier ist die Hülse von kreisförmiger Gestalt, jedoch wären auch andere Querschnittsformen denkbar. Diese könnte jedoch auch aus Vollmaterial bestehen und lediglich im Bereich der beiden Enden 10.1, 10.2 entsprechende hülsenförmige Ausdrehungen aufweisen.
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Im vorliegenden Fall umfassen die Aufnahmeköpfe 12.1, 12.2 jeweils einen Anschlusszapfen 11.1, 11.2, wobei die Anschlusszapfen eine zur Innenform des Stabes 10 im Bereich der Enden 10.1 und 10.2 komplementäre Außenform aufweisen. Natürlich wäre es denkbar, dass die Anschlusszapfen 11.1 und 11.2 derart ausgeführt werden, dass diese auf den Stab 10 aufgesetzt werden. Hierzu würden die Anschlusszapfen 11.1, 11.2 mit einer Innenausdrehung versehen, welche im Wesentlichen den gleichen Innendurchmesser aufweist, wie der Außendurchmesser der Enden 10.1 und 10.2 des Stabes 10.
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Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Drehmomentenstütze 1 wird in Abhängigkeit der benötigten Anbindungslänge des Stabes 10 dieser in seiner Länge entsprechend angepasst. Hiernach werden die beiden Anschlusszapfen 11.1, 11.2 in den Stab 10 eingesetzt oder auf diesen aufgesetzt und beispielsweise stoffschlüssig, zum Beispiel durch Reibschweißen, miteinander unlösbar verbunden. Natürlich sind auch andere, insbesondere kraft- und formschlüssige Fügeverfahren möglich.
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Vorliegend sind die Bolzen 14.1, 14.2 von zylindrischer Gestalt. Natürlich wären auch andere Querschnittsformen, insbesondere Polygone denkbar. Um eine Aufnahme von Quer- und Biegemomenten zu ermöglichen, sind Buchsen 17.1, 17.2 vorgesehen. Diese umfassen jeweils auf deren Außenfläche einen Bauch und umschließen Bolzen 14.1, 14.2 in Umfangsrichtung. Die Buchsen 17.1, 17.2 sind im Lager 13.1, 13.2 eingesetzt. Jede Buchse 17.1, 17.2 ist über den Bauch, welcher eine im Wesentlichen kugelförmige Außenform aufweist mittels eines weiteren Lagerelementes zum Beispiel ein Gummielement im Lager 13.1, 13.2 abgestützt. Ebenfalls wären weitere Lagerelemente zur Abstützung der Buchsen 17.1, 17.2 am Aufnahmekopf 12.1, 12.2 denkbar. Durch die erfindungsgemäß ausgeführte Buchse 17.1, 17.2 können nun zylindrische Bolzen eingesetzt werden, wodurch sich der Fertigungsaufwand deutlich reduziert. Zusätzlich können durch Vorsehen im Durchmesser kleinerer Bolzen 14.1, 14.2 sowie entsprechend dem Innendurchmesser kleinerer Buchsen 17.1, 17.2 bei im Wesentlichen gleichbleibender Anbindungslänge der Bolzen 14.1, 14.2 zueinander Winkellagen kompensiert werden (siehe die gestrichelten Linien in der Draufsicht von 3). Hierdurch können mit Drehmomentenstützen derselben Anbindungslängen und Einsatz im Durchmesser unterschiedlicher Bolzen 14.1, 14.2 bereits kleine Winkeländerungen bei der Montage der Drehmomentstützen, beispielsweise vor Inbetriebnahme des Schienenfahrzeugs in unterschiedlichen Anordnungen von Getrieben und Drehgestellen ausgeglichen werden, ohne dass eine neue Drehmomentenstütze hergestellt werden muss. Somit können in Abhängigkeit der vom Betreiber gewünschten Übersetzung für verschiedene Getriebegrößen die gleichen Anbindungslängen benutzt werden.
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Ein weiterer Vorteil der zylindrischen Bolzen 14.1, 14.2 ist es, dass diese anstelle von Schraubverbindungen auch mittels eines Pressverbandes mit dem Radsatzgetriebegehäuse 8.1, 8.2, 8.3 und/oder dem Drehgestell verbunden werden könnten. Dazu könnten die Bolzen 14.1, 14.2 sowie die zugehörigen Aufnahmen der Bolzen 14.1, 14.2 am Drehgestell beziehungsweise Radsatzgetriebegehäuse 8.1, 8.2, 8.3 entsprechend mit Toleranzen für eine Presspassung versehen werden. Eine zusätzliche Schraubverbindung (Schraube 19) könnte dann lediglich zur Verdrehsicherung dienen. Diese muss dann im Allgemeinen nicht derart hohen Anforderungen an die Fertigkeit dienen, wie es bei Schraubverbindungen im Stande der Technik der Fall ist, sodass die Herstellkosten deutlich reduziert werden können. Eine Verdrehsicherung wäre natürlich auch formschlüssig möglich, wobei dann die Bolzen 14.1, 14.2 sowie die zugehörigen Aufnahmen entsprechend ausgeführt werden.
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Da die Gestaltung der Bolzen 14.1, 14.2 völlig flexibel ist, ist es beispielsweise möglich, pro Drehmomentstützte unterschiedliche Aufnahmeköpfe 12.1, 12.2 vorzusehen. So könnte beispielsweise der getriebeseitige Aufnahmekopf 14.1 derart ausgeführt sein, dass dieser einen Bolzen 14.1 eines anderen Durchmessers als der dem drehgestellseitigen Aufnahmekopf 15.2 zugeordnete Bolzen 14.2 aufweist. Natürlich könnte wenigstens einer der beiden Bolzen 14.1, 14.2 zylindrisch und der andere tonnenförmig ausgeführt werden. Hierzu wären entsprechend ausgebildete unterschiedliche Aufnahmeköpfe 15.1, 15.2 nötig. Ebenfalls könnten die Enden 10.1, 10.2 des Stabs 10 sowie die Anschlusszapfen 11.1, 11.2 bei ein und derselben Drehmomentstütze entsprechend unterschiedlich ausgeführt sein.
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Die erfindungsgemäßen Drehmomentstützen bieten den Vorteil, dass diese bereits beim Hersteller oder Zulieferer der Radsatzgetriebe und/oder Drehgestelle vormontiert werden können. So können diese bereits bei der Auslieferung des Drehgestells dort nur mit dem drehgestellseitigen Ende an diesem fixiert sein. Sie könnten jedoch auch nur mit dem Radsatzgetriebegehäuse 8.1, 8.2, 8.3 bei dessen Auslieferung verbunden sein oder aber erst nach Montage ersterer in das Drehgestell mit beiden Elementen verbunden werden. In jedem Fall ist eine besonders flexible Montage der erfindungsgemäßen Drehmomentstützen möglich, wodurch die Herstellungs- und Montagekosten einer solchen Drehmomentstütze erheblich reduziert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehmomentenstütze
- 2
- Radsatz
- 2.1, 2.2
- Rad
- 2.3
- Radsatzwelle
- 2.4
- Radsatzgetriebe
- 3
- Radsatz
- 3.1, 3.2
- Rad
- 3.3
- Radsatzwelle
- 3.4
- Radsatzgetriebe
- 4
- Radsatz
- 4.1, 4.2
- Rad
- 4.3
- Radsatzwelle
- 4.4
- Radsatzgetriebe
- 5
- Federn
- 6
- Rahmen
- 7.1, 7.2
- Buchsen
- 8.1, 8.2, 8.3
- Radsatzgetriebegehäuse
- 9
- Anlenkturm
- 10
- Stab
- 10.1, 10.2
- Enden
- 11.1, 11.2
- Anschlusszapfen
- 12.1, 12.2
- Aufnahmekopf
- 13.1, 13.2
- Lager
- 14.1, 14.2
- Bolzen
- 15
- Drehgestellrahmen
- 16
- Radsatzwelle
- 17.1, 17.2
- Buchse
- 18.1, 18.2
- Lagerelement
- 19
- Schraube
