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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem, insbesondere für Schienenfahrzeuge, mit einem Motor, der über eine zwischengeschaltete Kupplung ein Rad anzutreibende vermag, und einem Lüfter zum Kühlen des Motors, der ein in einem Lüftergehäuse drehbar angeordnetes und durch den zu kühlenden Motor antreibbares Lüfterrad aufweist, mittels dem Luft durch eine Ansaugöffnung des Lüftergehäuses ansaugbar und durch eine im Bereich des Außenumfangs des Lüfterrades angeordnete Ausblasöffnung des Lüftergehäuses, insbesondere in Radialrichtung des Lüfterrades, ausblasbar ist.
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Aus der
DE 10 2010 040 491 A1 ist ein elektrisch angetriebenes Schienenfahrzeug bekannt, dessen Fahrmotor über ein Antriebsritzel ein mit einer Welle drehfest verbundenes Großrad antreibt. Der Fahrmotor wird über einen Lüfter gekühlt, der über ein Lüfterritzel mit dem Großrad gekoppelt ist. Der vom Lüfter erzeugte Luftstrom wird mittels eines Luftkanals zum Fahrmotor geführt.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen.
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Es wird ein Antriebssystem, insbesondere für Schienenfahrzeuge vorgeschlagen, dass einen Motor, insbesondere einen Elektromotor, und einen Lüfter zum Kühlen des Motors umfasst. Ferner weist das Antriebssystem eine Kupplung auf. Der Motor vermag über die zwischengeschaltete Kupplung ein Rad anzutreibende. Der Lüfter weist ein in einem Lüftergehäuse drehbar angeordnetes und durch den zu kühlenden Motor antreibbares Lüfterrad auf. Mittels des Lüfterrades ist Luft durch eine Ansaugöffnung des Lüftergehäuses ansaugbar und durch eine im Bereich des Außenumfangs des Lüfterrades angeordnete Ausblasöffnung des Lüftergehäuses ausblasbar. Die Luft wird hierbei, insbesondere in Radialrichtung des Lüfterrades, durch die Ausblasöffnung ausgeblasen. Die Kupplung des Antriebssystems ist als Lüfterrad des Lüfters ausgebildet. Dies bedeutet nicht, dass die Kupplung insgesamt die Form eines herkömmlichen Lüfterrades aufweisen muss. Vielmehr weist die Kupplung eine solche Form auf, dass sie die Funktion eines Lüfterrades erfüllt. Die Bauteile der Kupplung sind dazu so geformt, dass im Fahrbetrieb Luft zum Kühlen des Motors durch eine Ansaugöffnung des Lüftergehäuses angesaugt und durch eine Ausblasöffnung des Lüftergehäuses wieder ausgeblasen wird. Die Kupplung kann beispielsweise in einer herkömmlichen Form ausgebildet sein, wobei sie durch ihre Rotation im Fahrbetrieb zusammen mit dem Lüftergehäuse als Lüfterrad wirkt und die genannten Teile den Lüfter bilden.
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Bei der Kupplung kann es sich beispielsweise um eine nicht schaltbare, Drehmomente und Drehbewegungen übertragende Kupplung handeln, die einen gewissen Versatz in axialer und/oder radialer Richtung zwischen den zu verbindenden Bauteilen auszugleichen vermag. Des Weiteren kann eine solche Kupplung auch dazu ausgebildet sein, um Drehschwingungen im Antriebsstrang auszugleichen bzw. zu dämpfen.
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Vorteilhafterweise werden somit keine zusätzlichen Bauteile zur Ausbildung des Lüfters benötigt, wodurch das Antriebssystem sehr bauraumsparend ausgebildet werden kann. Des Weiteren kann durch die Einsparung herkömmlicher Bauteile das Gewicht des Antriebssystems reduziert werden. Da die Kupplung bei derartigen Antriebssystemen für gewöhnlich unmittelbar oder zumindest in der Nähe des Motors ausgebildet ist, bietet die Ausbildung der Kupplung als Lüfter den weiteren Vorteil, dass die Luft über die Ausblasöffnung im Wesentlichen unmittelbar an den Motor geführt werden kann. Infolgedessen muss die Luft bzw. Kühlluft nur sehr kurze Wege bis zum Motor zurücklegen, wodurch der Wirkungsgrad dieses Kühlsystems erhöht werden kann. Vorteilhafterweise können somit die Kühlrippen des Motors, insbesondere Elektromotors, derart kurz ausgebildet werden, dass eine Schwingungsanregung dieser Kühlrippen, die wiederum zu störenden Vibrationsgeräusche führen würde, im Wesentlichen vermieden wird.
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Vorteilhafterweise ist der Lüfter als Radial- oder Tangentiallüfter ausgebildet. Unter dem Begriff „Radiallüfter“ ist ein Lüfter zu verstehen, welcher die Luft im Wesentlichen Axialrichtung des Lüfterrades anzusaugen und im Wesentlichen in Radialrichtung des Lüfterrades wieder auszublasen vermag. Infolgedessen wird die axial angesagte Luft bei Rotation des Lüfterrades um im Wesentlichen 90° umgelenkt und durch die Ausblasöffnung in Radialrichtung ausgeblasen. Unter dem Begriff „Tangentiallüfter“ ist ein Lüfter zu verstehen, der die Kühlluft im Wesentlichen in Radial- und/oder Tangentialrichtung des Lüfterrades anzusaugen und im Wesentlichen in Radialrichtung des Lüfterrades wieder auszublasen vermag. Vorzugsweise wird hierbei die Luft über die gesamte Breite des Lüfterrades durch die Ansaugöffnung angesagt, durch das Lüfterrad in Richtung der Ausblasöffnung geführt und in einem der Ansaugöffnung gegenüberliegenden Bereich durch die Ausblasöffnung wieder ausgestoßen. Vorzugsweise ist die Ansaugöffnung derart ausgebildet, dass der an der Unterseite des Fahrzeugs auftretende Fahrtwind aufgenommen werden kann. Dies erfolgt insbesondere tangential zum Lüfterrad.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Ansaugöffnung des Radiallüfters im Wesentlichen in Axialrichtung des Lüfterrades ausgerichtet ist. Hierdurch kann vorteilhafterweise axial die Luft in den Radiallüfter eingesaugt werden.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn die Ausblasöffnung im Wesentlichen in Radialrichtung des Lüfterrades ausgerichtet ist. Hierdurch kann ein radiales Ausblasen der zu glühenden Luft sichergestellt werden. Da der Motor vorzugsweise unmittelbar in einem vom Lüfter radial beabstandeten Bereich angeordnet ist, kann hierdurch vorteilhafterweise der Wirkungsgrad des Kühlsystems erhöht werden, da die zu kühlende Luft im Wesentlichen keine Hindernisse, insbesondere Knicke im Lüftungssystem, überwinden muss. Ferner muss die Luft nur einen kurzen Weg zurücklegen, um zum zu glühenden Motor zu gelangen.
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Bei einem als Tangentiallüfter ausgebildeten Lüfter ist es vorteilhaft, wenn die Ansaugöffnung und die Ausblasöffnung voneinander in Umfangsrichtung des Lüfters beabstandet sind. Somit kann vorzugsweise ein Ansaugen der Luft im bodennahen Bereich des Fahrzeugs und ein Ausstoßen der Luft, vorzugsweise in einem zu diesem um 180° versetzten Bereich, nach oben des Fahrzeugs sichergestellt werden.
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Um die Luft in das Lüftergehäuse über die Ansaugöffnung einsaugen, durch das Lüftergehäuse transportieren und aus der Ausblasöffnung des Lüftergehäuses ausstoßen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Kupplung im Bereich ihres Außenumfangs Luftschaufeln aufweist. Die Luftschaufeln können beispielsweise entgegen herkömmlichen Lüfterrädern auch in ungleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung angeordnet sein, um eine herkömmliche Kupplung mit geringem Zusatzaufwand als Lüfterrad zu gestalten.
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Vorteilhaft ist es, wenn zwischen dem Außenumfang der Kupplung und dem Innenumfang des Lüftergehäuses ein sich in Umfangsrichtung des Lüfter erstreckender Ringraum ausgebildet ist. Durch diesen kann vorteilhafterweise die zum Kühlen des Motors benötigte Luft mittels der als Lüfterrad ausgebildeten Kupplung geführt werden. Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn dieser Ringraum einen durch die Ansaugöffnung und die Ausblasöffnung voneinander getrennten ersten und zweiten Bereich aufweist. Hierbei kann im Wesentlichen der erste Bereich dazu ausgebildet werden, um die Luft von der Ansaugöffnung bis zur Ausblasöffnung zu transportieren, wohingegen der zweite Bereich derart ausgebildet ist, dass die Luftschaufeln – im Wesentlichen ohne den bei der Ausblasöffnung ausgestoßene Luftstrom zu beeinflussen – von der Ausblasöffnung wieder zurück zur Ansaugöffnung geführt werden können. Zu diesem Zweck ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die radiale Breite des Ringraums im ersten Bereich größer ist als im zweiten Bereich.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Ansaugöffnung in einem bodennahen Bereich des Lüftergehäuses und/oder die Ausblasöffnung in einem zu diesem gegenüberliegenden, insbesondere im Wesentlichen um 180° versetzten, Bereich angeordnet ist. Durch eine derartige Anordnung kann vorteilhafterweise der Fahrtwind des Fahrzeugs genutzt werden, um den Wirkungsgrad des Kühlsystems zu steigern, indem dieser durch die bodennah angeordnete Ansaugöffnung in das Lüftergehäuse gesaugt wird in einem zu diesem höher gelegenen Bereich, insbesondere unmittelbar, in Richtung des Motors geblasen wird.
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Wenn der Motor vorteilhafterweise, insbesondere unmittelbar, im Bereich der Ausblasöffnung angeordnet ist, können die für die Kühlluft zurückzulegenden Wege reduziert werden. Hierdurch kann wiederum der Wirkungsgrad des Kühlsystems erhöht werden. Infolgedessen können die Kühlrippen des Motors kürzer ausgebildet werden, wodurch wiederum störende Geräusche aufgrund von Schwingungen vermieden werden können. Zusätzlich oder alternativ ist es ferner vorteilhaft, wenn zur bauraumsparenden Anordnung sowie zur Einsparung von zusätzlichen Luftführungsbauteilen die Motorabtriebswelle in einer Radialrichtung des Lüfterrades ausgerichtet ist.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn dem Motor und der Kupplung ein Getriebe, insbesondere ein Winkelgetriebe, zwischengeschaltet ist, da hierdurch eine sehr bauraumsparende Anordnung der Komponenten des Antriebssystems sichergestellt werden kann. Zusätzlich oder alternativ ist es vorteilhaft, wenn die Motorabtriebswelle und die Drehachse der Kupplung und des Rades zueinander orthogonal ausgerichtet sind. Durch eine derartige orthogonale Ausrichtung kann das Antriebssystem in Fahrzeugbreite sehr schmal ausgebildet werden. Ferner kann eine sehr bauraumsparende Anordnung sichergestellt werden, wenn die Drehachse der Kupplung und die Drehachse des Rades koaxial zueinander ausgerichtet sind.
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Vorteilhaft ist es, wenn das Lüftergehäuse die Kupplung, insbesondere von der Getriebeseite her, zumindest teilweise ummantelt, da hierdurch zumindest Teile des Getriebes als Lüftergehäuse ausgebildet werden können. Somit kann das Gewicht des Antriebssystems reduziert werden.
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Vorteilhafterweise ist das Lüftergehäuse Teil eines Luftführungssystems. Das Luftführungssystem umfasst insbesondere eine Einlass- und eine Auslassöffnung. Das Luftführungssystem dient dazu Luft in einem bestimmten Bereich des Antriebssystems anzusaugen, zur Kühlung des Motors an diesen zu leiten und an einem anderen Bereich wieder ausgestoßen. Je kürzer die Länge dieses Luftführungssystems ist, umso größer ist auch der Wirkungsgrad dieses Kühlsystems. Infolgedessen ist es vorteilhaft, wenn die Einlassöffnung des Luftführungssystems durch die Ansaugöffnung des Lüftergehäuses gebildet ist. Infolgedessen wird durch die Ansaugöffnung des Lüftergehäuses die zu kühlende Luft unmittelbar in das Luftführungssystem eingesaugt.
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Um den möglichst geringen Abstand zwischen Lüfter und Motor überbrücken zu können, ist es vorteilhaft, wenn das Luftführungssystem einen Luftkanal umfasst, mittels dem die Luft von der Ausblasöffnung zu einem ersten Ende des Motors führbar ist. Die Herstellungskosten des Luftführungssystems können reduziert werden, wenn der Luftkanal vorzugsweise einteilig mit dem Lüftergehäuse ausgebildet ist.
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Um ein Durchströmen und somit Kühlen des Motors gewährleisten zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Auslassöffnung des Luftführungssystems im Bereich des zweiten Endes des Motors ausgebildet ist.
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Vorzugsweise ist das Luftführungssystem im Motorbereich derart ausgebildet, dass der Motor in Richtung seiner Motorabtriebswelle, vorzugsweise in einem mit Kühlrippen ausgebildeten Bereich, mit Luft durchströmbar ist. Hierdurch kann eine Kühlung des Motors bewirkt werden.
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Um die Kühlleistung des Kühlsystems zu steigern, ist es vorteilhaft, wenn im Bereich der Auslassöffnung des Luftführungssystems eine Bremse, insbesondere eine innenbelüftete Bremsscheibe, angeordnet ist, die vorzugsweise derart ausgebildet ist, dass sie die Luft aus dem Luftführungssystem zu saugen vermag. Eine innenbelüftete Bremsscheiben weist im Bereich ihrer beiden zueinander gegenüberliegend angeordneten Reibbänder radiale Kühlluftkanäle auf. Die innenbelüftete Bremsscheibe wirkt demnach wie ein Radiallüfter, der axial, d.h. vorzugsweise in Richtung der Motorabtriebswelle, Luft ansaugt, und diese wieder in Radialrichtung ausstößt. Durch das zusätzliche Ansaugen der Kühlluft im Bereich der Auslassöffnung kann eine deutliche Wirkungsgradsteigerung des Kühlsystems erzielt werden.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Vorderansicht eines Antriebssystems und
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2 eine Seitenansicht des Antriebssystems in vereinfachter schematischer Darstellung.
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1 zeigt ein Antriebssystem 1, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, in der Vorderansicht. Das Antriebssystem umfasst einen Motor 2, der über eine zwischengeschaltete Kupplung 3 ein Rad 4 anzutreiben vermag. Der Motor 2 ist vorzugsweise als Elektromotor ausgebildet. Des Weiteren umfasst das Antriebssystem 1 ein Getriebe 6, das zwischen dem Motor 2 und der Kupplung 3 ausgebildet ist. Das dem Motor 2 und der Kupplung 3 zwischengeschaltete Getriebe 6 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Winkelgetriebe ausgebildet. Infolgedessen ist die Motorabtriebswelle 5 des Motors 2 gegenüber der Drehachse 7 der Kupplung 3 winklig angeordnet. Gemäß 1 ist die Motorabtriebswelle 5 und die Drehachse 7 der Kupplung 3 zueinander orthogonal ausgerichtet. Des Weiteren weist die Kupplung 3 und das dazu benachbart angeordnete Rad 4 die gleiche Drehachse 7 auf. Der Motor 2 ist in Radialrichtung der Kupplung 3 zu dieser benachbart angeordnet. Des Weiteren weist das Antriebssystem 1 eine Bremse 27 auf, die an dem dem Getriebe 6 abgewandten Ende 26 des Motors 2 angeordnet ist.
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Zur Kühlung des Motors 2 weist das Antriebssystem 1 einen Lüfter 8 auf. Der Lüfter 8 umfasst ein in einem Lüftergehäuse 9 drehbar angeordnetes und durch den zu kühlenden Motor antreibt Lüfterrad 10. Das Lüftergehäuse 9 weist zum Ansaugen der Luft 28 eine Ansaugöffnung 11 auf. Ferner umfasst das Lüftergehäuse 9 eine Ausblasöffnung 12, über die die angesagte Luft 28 wieder aus dem Lüftergehäuse 9 ausgestoßen werden kann. Das Lüfterrad 10 und/oder das Lüftergehäuse 9 sind derart ausgebildet, dass die Luft 28 durch die Ansaugöffnung 11 angesaugt und durch die Ausblasöffnung 12 wieder ausgeblasen wird. Die Ausblasöffnung 12 ist hierbei im Bereich des Außenumfangs des Lüfterrades 13 angeordnet (vgl. 2).
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Um das Antriebssystem 1 möglichst kompakt und in der Herstellung günstig auszubilden, ist die Kupplung 3 als zumindest ein Teil des Lüfters 8, insbesondere als Lüfterrad 10, ausgebildet. Hierfür weist die Kupplung 3 im Bereich ihres Außenumfangs 14 Luftschaufeln 15 auf.
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Gemäß dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kupplung 3 als Tangentiallüfter ausgebildet. Infolgedessen wird die Luft 28 gemäß 2 durch die Ansaugöffnung 11 im Wesentlichen in Radial- und/oder Tangentialrichtung des Lüfterrades 10 angesaugt und im Wesentlichen in Radialrichtung des Lüfterrades 10 wieder durch die Ausblasöffnung 12 aus dem Lüftergehäuse 9 ausgestoßen. Hierfür ist die Ausblasöffnung 12 im Wesentlichen in Radialrichtung des Lüfterrades 10 bzw. der Kupplung 3 ausgerichtet. Gemäß 2 ist die Ansaugöffnung 11 und die Ausblasöffnung 12 voneinander in Umfangsrichtung des Lüfter 8 bzw. der Kupplung 3 voneinander beabstandet.
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Gemäß 2 ist zwischen dem Außenumfang der Kupplung 14 und dem Innenumfang des Lüftergehäuses 16 ein sich in Umfangsrichtung des Lüfter 8 erstreckender Ringraum 17 ausgebildet. Der Ringraum 17 weist einen durch die Ansaugöffnung 11 und die Ausblasöffnung 12 voneinander getrennten ersten Bereich 18 und zweiten Bereich 19 auf. Der Ringraum 17 ist in seinem ersten Bereich 18 gemäß seiner radialen Breite größer ausgebildet als in seinem zweiten Bereich 19. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass im Wesentlichen nur im ersten Bereich 18 des Ringraums 17 die angesagte Luft transportiert wird.
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Wie 2 zeigt ist das Lüftergehäuse 9 Teil eines Luftführungssystems 21. Das Luftführungssystem 21 umfasst hierbei eine Einlassöffnung 22 und eine Auslassöffnung 23. Die Einlassöffnung 22 des Luftführungssystems 21 entspricht hierbei der Ansaugöffnung 11 des Lüfters 8. Das Luftführungssystem 21 umfasst neben dem Lüftergehäuse 9 ferner einen Luftkanal 24, mittels dem die Luft von der Ausblasöffnung 12 zum ersten Ende 25 des Motors 2 geführt werden kann. Gemäß dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Luftkanal 24 zusammen mit dem Ringraum 17 im Lüftergehäuse ausgebildet.
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Des Weiteren umfasst das Luftführungssystem 21 einen Motorkanal 29 der sich in Luftstromrichtung an den Luftkanal 24 anschließt. Der Motorkanal 29 ist mit Kühlrippen 30 des Motors 2 ausgebildet, an denen entlang die Kühlluft 28 strömt. Der Motorkanal 29 ermöglicht somit ein Kühlen des Motors 2 mit einem im Wesentlichen in Richtung seiner Motorabtriebswelle 5 gerichteten Kühlstrom.
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Im Bereich der Auslassöffnung 23 des Luftführungssystems 21 ist die Bremse 27 angeordnet. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Bremse 27 mit einer innenbelüfteten Bremsscheibe ausgebildet. Die Bremse 27 ist demnach derart ausgebildet, dass sie die Luft 28 aus dem Luftführungssystem 21 zu saugen vermag.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebssystem
- 2
- Motor
- 3
- Kupplung
- 4
- Rad
- 5
- Motorabtriebswelle
- 6
- Getriebe
- 7
- Drehachse
- 8
- Lüfter
- 9
- Lüftergehäuse
- 10
- Lüfterrad
- 11
- Ansaugöffnung des Lüftergehäuses
- 12
- Ausblasöffnung des Lüftergehäuses
- 13
- Außenumfang des Lüfterrades
- 14
- Außenumfang der Kupplung
- 15
- Luftschaufeln
- 16
- Innenumfang des Lüftergehäuses
- 17
- Ringraum
- 18
- ersten Bereich
- 19
- zweiten Bereich
- 20
- Boden
- 21
- Luftführungssystems
- 22
- Einlassöffnung
- 23
- Auslassöffnung
- 24
- Luftkanal
- 25
- erstes Ende des Motors
- 26
- zweites Ende des Motors
- 27
- Bremse
- 28
- Luft
- 29
- Motorkanal
- 30
- Kühlrippen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010040491 A1 [0002]
