DE102014213013A1

DE102014213013A1 - Mehrganggetriebe für Schienenfahrzeuge

Info

Publication number: DE102014213013A1
Application number: DE102014213013.1A
Authority: DE
Inventors: Kazutaka Iuchi; Michael Wechs; Benedikt Reick
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-07-04
Filing date: 2014-07-04
Publication date: 2016-01-07

Abstract

Schaltbares Mehrganggetriebe (1) für Schienenfahrzeuge, das schaltbare Mehrganggetriebe (1) umfassend eine in einem Gehäuse (G) rotierbar gelagerte Antriebswelle (AN) und eine in diesem Gehäuse (G) rotierbar gelagerte, zu der Antriebswelle (AN) parallel angeordnete Abtriebswelle (AB), weiter umfassend wenigstens ein Schaltelement (SE), wenigstens zwei Losräder (L1, L2) und wenigstens zweit mit diesen paarweise in Eingriff stehende Festräder (F1, F2), wodurch wenigstens zwei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle (AN) und der Abtriebswelle (AB) herstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Festräder (F1, F2) drehfest mit der Antriebswelle (AN) verbunden sind und die Losräder (L1, L2) rotierbar an der Abtriebswelle (AB) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein schaltbares Mehrganggetriebe für Schienenfahrzeuge, insbesondere elektrische Triebzüge, sogenannte Electrical-Multiple-Units (EMU). Weiter betrifft die Erfindung ein Schienenfahrzeug, umfassend wenigstens ein schaltbares Mehrganggetriebe. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines schaltbaren Mehrganggetriebes für Schienenfahrzeuge.
Schienenfahrzeuge zeichnen sich dadurch aus, dass sie auf einer oder auf mehreren Schienen fahren beziehungsweise geführt werden. Neben den oben genannten Triebzügen sind in diesem Zusammenhang ebenso Lokomotiven zu nennen. Unter einem Triebzug ist in der Regel eine nicht trennbare Einheit aus mehreren Fahrzeugen/Zugsegmenten zu verstehen, wobei der Triebzug über einen fahrzeugeigenen Antrieb verfügt. Dabei können ein Fahrzeug/Zugsegment, mehrere Fahrzeuge/Zugsemente oder alle Fahrzeuge/Zugsegmente des Triebzugs jeweils über einen Antrieb verfügen. Neben elektrischen Triebzügen (EMU) existieren beispielsweise auch dieselbetriebene Triebzüge, sogenannte Diesel-Multiple-Units (DMU). Diese weisen einen oder mehrere fahrzeugeigene Diesel-Motoren anstatt der elektrischen Motoren in elektrischen Triebzügen (EMU) auf.
Die DE 1177671 B offenbart eine Antriebssteuerung für Schienentriebfahrzeuge, insbesondere für Drehgestelllokomotiven. Die Schienentriebfahrzeuge weisen dabei wenigstens einen umsteuerbaren Elektroantriebsmotor auf, welcher jeweils mit einem formschlüssigen Getriebe wirkverbunden ist. Insbesondere ist an jedem Drehgestell des Schienentriebfahrzeugs ein Elektroantriebsmotor mit einem formschlüssigen Getriebe angeordnet. Über einen Gangwähler wird an einem Schaltwerk aus zwei möglichen Gängen (erster Gang, zweiter Gang) ein Gang vorgewählt. Mittels eines Schaltgeräts und eines Stellgeräts wird eine Kolbenstange derart betätigt, dass durch eine mit der Kolbenstange verbundene Schaltgabel eine drehfeste Verbindung mit dem gewünschten Übersetzungsverhältnis zwischen dem Elektroantriebsmotor und dem Abtrieb erfolgt. Die formschlüssigen Getriebe weisen dabei jeweils zwei paarweise miteinander in Eingriff stehende Zahnradpaare auf. Dabei sind die Losräder auf der Antriebswelle und die Festräder auf der Abtriebswelle angeordnet, wobei die Antriebswelle oberhalb der Abtriebswelle positioniert ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrganggetriebe für Schienenfahrzeuge der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welches sich insbesondere für den Einsatz in Regionen mit niedrigen Temperaturen eignet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Mehrganggetriebe für Schienenfahrzeuge gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den jeweiligen Unteransprüchen, sowie aus den Figuren und deren Beschreibung hervor.
Das schaltbare Mehrganggetriebe umfasst dabei eine in einem Gehäuse rotierbar gelagerte Antriebswelle und eine in diesem Gehäuse rotierbar gelagerte Abtriebswelle. Dabei sind die Antriebswelle und die Abtriebswelle parallel zueinander angeordnet. Weiter umfasst das schaltbare Mehrganggetriebe wenigstens ein Schaltelement, wenigstens zwei Losräder und wenigstens zwei mit diesen paarweise in Eingriff stehende Festräder. In vorteilhafter Weise sind die Festräder drehfest mit der Antriebswelle verbunden und die Losräder rotierbar an der Abtriebswelle angeordnet.
Unter einem schaltbaren Mehrganggetriebe ist im vorliegenden Fall ein Getriebe zu verstehen, durch welches unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle herstellbar sind. Hier vorliegend sind zwei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse herstellbar, es sind jedoch auch Anordnungen denkbar, in denen mehr als zwei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse, oder auch eine Richtungsumkehr einer Drehbewegung, herstellbar sind. Insbesondere bei Electrical-Multiple-Units mit elektrischen Motoren kann die Drehrichtungsumkehr durch den elektrischen Motor erfolgen.
Eine Welle beschreibt ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten und Drehbewegungen. Eine Welle bezeichnet weiter ein mechanisches, mit einer definierten Steifigkeit versehenes Bauteil, durch welches Bauteile miteinander verbunden und Drehbewegungen beziehungsweise Drehmomente zwischen diesen verbundenen Bauteilen übertragbar sind. Eine Antriebswelle beschreibt in diesem Zusammenhang eine Welle, durch welche eine Drehbewegung beziehungsweise ein Drehmoment, beispielsweise von einem Antriebselement, in das Mehrganggetriebe eingeleitet wird. Im Gegensatz dazu beschreibt eine Abtriebswelle eine Welle, durch welche unter Berücksichtigung des jeweiligen Übersetzungsverhältnisses ein Drehmoment beziehungsweise eine Drehbewegung aus dem Getriebe ausgeleitet wird. Die Abtriebswelle kann dabei direkt mit einem Rad beziehungsweise einer Fahrzeugachse zum Antrieb dieser verbunden sein, jedoch sind auch Anordnungen denkbar, bei denen sich der Abtriebswelle eine weitere Getriebestufe anschließt.
Ein Losrad ist auf einer ihm zugeordneten Getriebewelle (hier Abtriebswelle) verdrehbar gegenüber der Getriebewelle angeordnet. Dies bedeutet, dass das Losrad gegenüber der Getriebewelle rotierbar ist, das heißt mit einer anderen Drehzahl oder in eine andere Drehrichtung rotieren kann. Zum Schalten bestimmter Übersetzungsverhältnisse des Mehrganggetriebes kann ein Losrad mittels des Schaltelements verdrehfest mit der jeweiligen Getriebewelle verbunden werden. Unter drehfest beziehungsweise verdrehfest ist dabei zu verstehen, dass die drehfest miteinander verbundenen Bauteile in die gleiche Richtung und mit der gleichen Drehzahl rotieren. Insbesondere ist eine Übertragung einer Drehbewegung beziehungsweise eines Drehmoments zwischen den beiden drehfest miteinander verbundenen Bauteilen möglich. Im Gegensatz dazu sind Festräder mit der jeweiligen Welle fest verbunden. Das heißt, dass diese immer mit der jeweiligen Welle in der gleichen Drehrichtung mit der gleichen Drehzahl rotieren. Eine solche drehfeste Verbindung kann dabei durch eine Pressverbindung, durch ein Verkleben, Verschweißen, Verschrauben oder eine sonstige, zum Beispiel formschlüssige, Befestigung realisiert werden. Paarweise in Eingriff stehend bedeutet in diesem Zusammenhang, dass jeweils eine Verzahnung eines Festrads mit einer Verzahnung eines Losrads in Eingriff steht. Das Schaltelement kann als formschlüssiges oder als reibschlüssiges Kupplungselement, oder als Synchronisierung ausgeführt sein. Unter formschlüssigen Schaltelementen sind beispielsweise Klauenkupplungen zu verstehen, während unter einem reibschlüssigen Schaltelement beispielsweise eine Lamellenkupplung zu verstehen ist. Schaltelemente können darüber hinaus auch als Doppelschaltelemente ausgeführt sein. Ein Doppelschaltelement zeichnet sich beispielsweise dadurch aus, dass durch dieses ein erstes rotierbares Element mit einem zweiten rotierbaren Element, oder das zweite rotierbare Element mit einem dritten rotierbaren Element verbindbar ist, wobei dieses Doppelschaltelement hierbei nur einen einzigen Aktuator aufweist. Alternativ kann das Doppelschaltelement neben den gerade genannten Schaltzuständen noch einen weiteren Schaltzustand aufweisen, und zwar den einer Neutralstellung. Dies bedeutet, dass weder zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element, noch zwischen dem zweiten Element und dem dritten Element eine Verbindung hergestellt ist. Durch die Verwendung von Doppelschaltelementen sind besonders kompakte Ausführungen von Schaltelementen realisierbar. Darüber hinaus wird die Anzahl der benötigten Bauteile reduziert, da für die unterschiedlichen Schaltzustände insgesamt nur ein Aktuator benötigt wird.
Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Abtriebswelle in dem Gehäuse tiefer als die Antriebswelle angeordnet. Tiefer bedeutet in diesem Fall, dass die Abtriebswelle bei aufrecht stehendem Schienenfahrzeug unterhalb der Antriebswelle, d.h. bodennäher angeordnet ist. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass das Mehrganggetriebe so installiert werden kann, dass die Abtriebswelle nahe einer anzutreibenden Fahrzeugachse angeordnet ist. Weiter vorteilhaft wirkt sich diese Anordnung auf die Schmierung des Mehrganggetriebes aus, da so insbesondere bei Stillstand des Schienenfahrzeugs eine gleichmäßigere und bessere Ölverteilung in dem Getriebe gewährleistet ist. Über eine Übertragungsvorrichtung kann dann durch einfache Mittel die Drehbewegung beziehungsweise das Drehmoment von der Abtriebswelle auf die anzutreibende Fahrzeugachse übertragen werden. Die Übertragungsvorrichtung kann in Form eines Riementriebs, einer Kette, eines Stirn- oder Kegelradgetriebes ausgestaltet sein. Es sind jedoch auch weitere Anordnungen denkbar, bei denen die Abtriebswelle auf gleicher Höhe oder oberhalb der Antriebswelle angeordnet sind.
Weiter bevorzugt ist neben einem ersten Gang mit einem ersten Übersetzungsverhältnis und einem zweiten Gang mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis durch das Schaltelement auch eine Neutralposition des schaltbaren Mehrganggetriebes schaltbar. Besonders vorteilhaft handelt es sich bei dem ersten Gang mit dem ersten Übersetzungsverhältnis um einen sogenannten Anfahrgang mit einer hohen Übersetzung, während es sich bei dem zweiten Gang mit dem zweiten Übersetzungsverhältnis in vorteilhafter Weise um einen Fahrgang beziehungsweise auch einen Schnellfahrgang handelt. Der Fahrgang beziehungsweise Schnellfahrgang weist dabei ein geringes Übersetzungsverhältnis auf, insbesondere wird in dem Fahrgang beziehungsweise Schnellfahrgang die maximale Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs erreicht. Unter der Neutralposition des schaltbaren Getriebes ist ein sogenannter Leerlauf zu verstehen. Dies bedeutet, dass durch das Schaltelement weder mit dem Losrad des ersten Gangs, noch mit dem Losrad des zweiten Gangs eine drehfeste Verbindung mit der Abtriebswelle hergestellt ist. Soweit über das Antriebselement eine Drehbewegung in die Antriebswelle und somit auf die Festräder übertragen wird, rotieren die mit den Festrädern paarweise in Eingriff stehenden Losräder ebenfalls, während die Abtriebswelle bei stehendem Fahrzeug nicht rotiert. In gleicher Weise bedeutet dies umgekehrt, dass bei rollendem beziehungsweise fahrendem Fahrzeug die Abtriebswelle rotiert, während die Antriebswelle stillsteht, wenn durch das Antriebselement keine Drehbewegung eingeleitet wird. Üblicherweise sind Getriebegehäuse zumindest teilweise mit Schmiermittel, beispielsweise Öl, befüllt. Gerade bei niedrigen Temperaturen weisen Schmiermittel häufig eine hohe beziehungsweise höhere Viskosität auf, als bei höheren Temperaturen. Dies kann in negativer Weise dazu führen, dass bei einem Betrieb des schaltbaren Mehrganggetriebes empfindliche Bauteile, wie beispielsweise Lager, nicht ausreichend mit Schmiermittel versorgt werden. Insbesondere unter Last, das heißt, bei Einleiten eines hohen Drehmoments, können daher Bauteile geschädigt werden. Um diesem entgegenzuwirken kann bei dem erfindungsgemäßen schaltbaren Mehrganggetriebe in einem nahezu lastfreien Zustand bei Fahrzeugstillstand eine Drehbewegung in das Getriebe eingeleitet werden. Lastfrei bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Fahrzeug stillsteht und die Neutralposition des schaltbaren Mehrganggetriebes eingelegt ist. Durch die eingeleitete Drehbewegung rotieren sowohl die Festräder, als auch die damit paarweise in Eingriff stehenden Losräder. Aufgrund von Reibung wird somit einerseits Abwärme erzeugt, andererseits wird das Schmiermittel durch die eingeleitete Drehbewegung durchgewalgt, was ebenfalls zu einer Senkung der Viskosität beiträgt und gleichzeitig die Schmiermittelversorgung der Bauteile verbessert.
Weiter bevorzugt ist dem ersten Gang ein erstes Schaltelement und dem zweiten Gang ein zweites Schaltelement zugeordnet. Zugeordnet bedeutet in diesem Zusammenhang, dass durch Betätigen des ersten Schaltelements der erste Gang darstellbar, also eine drehfeste Verbindung herstellbar, ist und durch das zweite Schaltelement der zweite Gang darstellbar ist. Besonders bevorzugt kann zwischen den Losrädern eine weitere Getriebestufe vorgesehen werden, durch welche eine konstante Übersetzung der Drehbewegung der Abtriebswelle erfolgt.
Weiter bevorzugt weist das schaltbare Mehrganggetriebe eine weitere Getriebestufe auf, welche an der Abtriebswelle vorgesehen ist. Vorteilhaft handelt es sich hierbei um ein einstufiges Getriebe mit einer festen oder schaltbaren Übersetzung. In besonders vorteilhafter Weise erfolgt durch die weitere Getriebestufe eine Übersetzung mit i ≠ 1. Durch die weitere Getriebestufe wird die Drehbewegung von der Abtriebswelle auf die Fahrzeugachse übertragen. Je nach Anforderung sind auch Getriebestufen denkbar, welche mehr als zwei Stufen aufweisen. Die Verwendung einer weiteren Getriebestufe hat weiter zum Vorteil, dass das schaltbare Mehrganggetriebe für eine Vielzahl von Applikationen eingesetzt werden kann, da durch die Wahl des Übersetzungsverhältnisses der weiteren Getriebestufe eine Adaption an die individuellen Umgebungsbedingungen mit geringen Aufwand realisierbar ist. Hierunter ist zu verstehen, dass in unterschiedlichen Regionen unterschiedliche Streckenprofile vorliegen, und somit individuell auf Kundenanforderungen reagiert und eingegangen werden kann, jedoch gleichzeitig das schaltbare Mehrganggetriebe unverändert bleibt. Das mögliche Vorsehen einer weiteren Getriebestufe hat vorteilhaft zur Folge, dass die Losräder mit deren Lagerung und das Schaltelement beziehungsweise die Schaltelemente zusätzlich von der Einwirkung von Stößen und Vibrationen, welche durch die Räder in den Antriebsstrang eingeleitet werden, entkoppelt werden.
In einer weiteren bevorzugten Form der Ausgestaltung weist das Gehäuse des schaltbaren Mehrganggetriebes wenigstens einen Sensor auf. Dabei handelt es sich in vorteilhafter Weise um einen Temperatursensor. Dieser kann so angeordnet sein, dass er von Schmiermittel umgeben ist, oder dass er oberhalb eines Schmiermittelstands angeordnet ist. Darüber hinaus können auch einzelne Bauteile mit einem entsprechenden Temperatursensor ausgestattet sein. Durch den Temperatursensor können somit entweder die Schmiermitteltemperatur, die Lufttemperatur in dem Gehäuse oder die Temperatur von einzelnen Bauteilen gemessen werden. Bei der Verwendung von mehreren Temperatursensoren kann auch eine Kombination der gerade genannten Temperaturen gemessen werden. Durch die Messung der Temperatur sind Rückschlüsse darüber möglich, ob bei tiefen Temperaturen bereits eine Betriebstemperatur des schaltbaren Mehrganggetriebes erreicht ist und somit eine Fahrt unter Last möglich ist, oder ob eine Lastrücknahme erforderlich ist beziehungsweise zunächst in einer Neutralposition ein lastfreies Betreiben des schaltbaren Mehrganggetriebes zur Senkung der Viskosität erforderlich ist.
In einer bevorzugten Form der Ausgestaltung beträgt der Gangsprung zwischen dem ersten Gang und dem zweiten Gang 1,5 ≤ φ ≤ 2,5. Weiter bevorzugt weist das Gesamtübersetzungsverhältnis des schaltbaren Mehrganggetriebes inklusive der einen oder der mehreren Getriebestufen einen Wert 6 ≤ i_ges ≤ 30 auf. Weiter beträgt das Gesamtübersetzungsverhältnis des ersten Gang in vorteilhafter Weise 9 ≤ i₁ ≤ 30 und das Gesamtübersetzungsverhältnis des zweiten Gangs 6 ≤ i₂ ≤ 12. Durch die Wahl der oben genannten Werte für den Gangsprung zwischen dem ersten Gang und dem zweiten Gang werden vorteilhaft hohe Differenzdrehzahlen in den Bauteilen, insbesondere bezüglich des Schaltelements, vermieden.
Bevorzugt wird der erste Gang des schaltbaren Mehrganggetriebes als Anfahrgang verwendet. Ein separater Anfahrgang eignet sich insbesondere bei Anwendungen mit häufigen Anfahrvorgängen. Dies ist beispielsweise bei U-Bahnen, Stadtbahnen oder sogenannten Metros der Fall, da hier die Haltestellen in vergleichsweise kurzer beziehungsweise sehr kurzer Distanz aufeinander folgen. Insbesondere beim Anfahren werden hohe Anfahrmomente abgerufen beziehungsweise sind diese erforderlich. Um jedoch auch auf längeren Fahretappen geringe Verlustleistungen zu erzeugen, erfolgt durch die Zweigängigkeit des schaltbaren Mehrganggetriebes eine Betriebspunktverschiebung des Antriebselements und der damit verbundenen Leistungselektronik in einen betriebsoptimaleren Bereich.
Weiter bevorzugt ist das Gehäuse zumindest teilweise mit Schmiermittel gefüllt. Bei dem Schmiermittel handelt es sich um ein entsprechendes Fluid, in der Regel um ein Schmieröl. Durch das Schmiermittel sollen einerseits Reibungsverluste reduziert werden, gleichzeitig dient das Schmiermittel zur Kühlung einzelner Bauteile. Der Schmiermittelstand ist dabei vorzugsweise so vorzusehen, dass in einem Ruhezustand die Abtriebswelle oberhalb des Schmiermittels angeordnet ist. Unter dem Schmiermittelstand ist dabei der Füllstand des Schmiermittels in dem Getriebe in einem Ruhezustand zu verstehen. Der Schmiermittelstand ist somit abhängig von dem Volumen beziehungsweise der Menge des Schmiermittels in dem Gehäuse. Weiter bevorzugt ist wenigstens eins der Losräder, wenigstens während eines Stillstands des Schienenfahrzeugs, in das Schmiermittel eintauchbar. Unter einem Ruhezustand ist dabei zu verstehen, dass das Fahrzeug stillsteht und auch keine Drehbewegung durch den Motor und die Antriebswelle in das Getriebe eingeleitet wird. Eine Anordnung der Abtriebswelle oberhalb des Schmiermittels bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Abtriebswelle nicht in das Schmiermittel eintaucht. Entsprechend der vorherigen Beschreibung tauchen somit auch weder die Festräder, noch die Antriebswelle in das Schmiermittel ein. Dies hat vorteilhaft zur Folge, dass Planschverluste in dem Getriebe reduziert werden. Dadurch, dass wenigstens eins der Losräder, vorzugsweise beide Losräder in das Schmiermittel eintauchbar sind, wird durch eine eingeleitete Drehbewegung das Schmiermittel in dem Gehäuse verteilt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Schienenfahrzeug umfassend wenigstens ein schaltbares Mehrganggetriebe der eingangs genannten Art vorgeschlagen, wobei das schaltbare Mehrganggetriebe weiter wenigstens zwei Antriebselemente umfasst, wobei das wenigstens eine schaltbare Mehrganggetriebe funktional einem Antriebselement zugeordnet ist. Unter einem Antriebselement ist beispielsweise ein Fahrmotor zu verstehen, insbesondere eine Elektromotor. Unter einer funktionalen Zuordnung zu einem Antriebselement ist zu verstehen, dass das Antriebselement, beispielsweise der Elektromotor, eine Drehbewegung beziehungsweise ein Drehmoment in das schaltbare Mehrganggetriebe einleitet und so eine Fahrzeugachse oder ein Rad eines Schienenfahrzeugs antreibt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines schaltbaren Mehrganggetriebes für Schienenfahrzeuge vorgeschlagen, wobei zunächst die Getriebetemperatur erfasst wird und, soweit diese einen vorgegebenen Wert unterschreitet und keine Fahranforderung vorliegt, das Schaltelement betätigt wird, so dass eine Neutralposition des schaltbaren Mehrganggetriebes hergestellt wird. Weiter umfasst das Verfahren einen Schritt des Einleitens einer geeigneten Drehbewegung in die Antriebswelle, wobei die Drehbewegung durch das Antriebselement in die Antriebswelle eingeleitet wird. Die Einleitung der Drehbewegung in die Antriebswelle wird so lange fortgesetzt, bis der vorgegebene Wert für die Getriebetemperatur erreicht wird. Entsprechend der vorherigen Schilderungen kann die Getriebetemperatur über die Schmiermitteltemperatur, die Lufttemperatur in dem Gehäuse oder die Temperatur einzelner Bauteile erfasst beziehungsweise gemessen werden. Unter einem vorgegebenen Wert ist dabei zu verstehen, dass in Abhängigkeit weiterer Parameter, beispielsweise der Viskosität des Schmiermittels, eine Betriebstemperatur vorgegeben wird, unter der ein verschleißarmer Betrieb des schaltbaren Mehrganggetriebes gewährleistet ist. Eine Fahranforderung beschreibt dabei eine Fahrzustandsänderung des Schienenfahrzeugs, beispielsweise das Anfahren aus dem Stillstand heraus, das Beschleunigen während einer Fahrt oder auch das Bremsen aus einer Fahrt, auch bis in den Stillstand. Durch das Einleiten einer Drehbewegung in die Antriebswelle wird diese in Bewegung gesetzt, wobei die Festräder mit dieser rotieren und die paarweise mit diesen in Eingriff stehenden Losrädern ebenfalls eine Drehbewegung vollziehen. Da zumindest eines der Losräder in das Schmiermittel eintaucht wird dieses in Bewegung gesetzt, wobei ein Teil der eingeleiteten Drehbewegung in Abwärme aufgrund von Reibungsverlusten beziehungsweise Planschverlusten umgewandelt wird, was zu einer Erhöhung der Getriebetemperatur führt. Wären das Schaltelement und die Losräder auf der oben liegenden Antriebswelle montiert, müsste eine erheblich größere Schmiermittelmenge in dem Gehäuse vorgehalten werden. Neben zusätzlichen Planschverlusten während eines Fahrbetriebs würde sich dies nachteilig aufgrund des erhöhten Gewichts des schaltbaren Mehrganggetriebes auswirken. Auch hat die genannte Ausführung vorteilhaft zur Folge, dass eine Schaltung in eine der Gangstufen aus einer Neutralstellung heraus einfacher realisierbar sind, da sogenannte Zahn-auf-Zahn-Stellungen vermieden werden können, insbesondere wenn das Schienenfahrzeug in der Neutralstellung bewegt wurde.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figur beispielhaft näher erläutert. Es zeigt:
1: Eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mehrganggetriebes.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ausführung eines erfindungsgemäßen schaltbaren Mehrganggetriebes 1. Dabei wird eine Drehbewegung über ein Antriebselement M in eine Antriebswelle AN eingeleitet. Dabei ragt die Antriebswelle AN an einer Seite aus einem Gehäuse G heraus. An der Seite, an welcher die Antriebswelle AN aus dem Gehäuse G herausragt, ist das Antriebselement M angeordnet. Drehfest mit der Antriebswelle AN verbunden sind ein erstes Festrad F1 und ein zweites Festrad F2. Die Festräder F1, F2 stehen paarweise mit einem ersten Losrad L1 und einem zweiten Losrad L2 in Eingriff. Dabei sind das erste Losrad L1 und das zweite Losrad L2 an einer Abtriebswelle AB rotierbar angeordnet. Zwischen dem ersten Losrad L1 und dem zweiten Losrad L2 ist ein Schaltelement SE angeordnet. Durch das Schaltelement SE ist entweder eine drehfeste Verbindung zwischen der Abtriebswelle AB und dem ersten Losrad L1, dem zweiten Losrad L2 mit der Abtriebswelle AB oder eine Neutralposition herstellbar. Das Gehäuse G ist weiter zumindest teilweise mit einem Schmiermittel befüllt, wobei der Füllstand durch den Schmiermittelstand SM angegeben wird. Die Antriebswelle AN und die Abtriebswelle AB sind parallel zueinander in dem Gehäuse G angeordnet, wobei die Abtriebswelle AB unterhalb der Antriebswelle AN positioniert ist. Unterhalb der Abtriebswelle AB und unterhalb der Losräder L1, L2 ist an dem Gehäuse G ein Sensor SR vorgesehen. An einer, dem Antriebselement M gegenüberliegenden Seite des Gehäuses G, ragt die Abtriebswelle AB aus dem Gehäuse G heraus.
An der Seite des Gehäuses G, an welcher die Abtriebswelle AB aus diesem herausragt, ist die Abtriebswelle AB mit einem ersten Stirnrad S1 verbunden. Das erste Stirnrad S1 steht mit einem zweiten Stirnrad S2 in Eingriff. Das erste Stirnrad S1 und das zweite Stirnrad S2 bilden dabei eine weitere Getriebestufe GS, welche in einem zweiten Gehäuse G' angeordnet ist. Das zweite Stirnrad S2 ist in der vorliegenden Darstellung drehfest mit einer Fahrzeugachse FA verbunden, wobei die Fahrzeugachse FA drehfest mit zwei Rädern R verbunden ist. Des Weiteren wird durch eine Hochachse H und eine Querachse Q eine Ebene aufgespannt, welche senkrecht zu einer hier nicht dargestellten Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs angeordnet ist. In Bezug auf die Querachse Q sind das Antriebselement M, das erste Festrad F1 und das zweite Festrad F2 beginnend bei dem Antriebselement M von links nach rechts in der Reihenfolge Antriebselement M, erstes Festrad F1, zweites Festrad F2 angeordnet. Abweichend von der hier gezeigten Ausführungsform sind auch weitere Ausführungsformen denkbar, bei denen die Antriebswelle AN und die Abtriebswelle AB auf der gleichen Seite des Gehäuses G aus diesem herausragen. Dies kann sowohl auf der linken Seite des Gehäuses G, als auch auf der rechten Seite des Gehäuses G erfolgen.
Der Durchmesser des ersten Festrads F1 ist in der hier gezeigten Ausführung kleiner als der Durchmesser des zweiten Festrads F2. Dementsprechend ist der Durchmesser des ersten Losrads L1 größer als der Durchmesser des zweiten Losrads L2. Daraus resultiert, dass der erste Gang durch die Zahnradpaarung erstes Festrad F1, erstes Losrad L1 mit einem hohen Übersetzungsverhältnis gebildet wird, wobei der zweite Gang durch das zweite Festrad F2 und das zweite Losrad L2 mit einem geringeren Übersetzungsverhältnis gebildet wird. Es sind darüber hinaus auch Anordnungen denkbar, bei denen der erste Gang rechts und der zweite Gang links in dem Gehäuse G des Mehrganggetriebes 1 angeordnet sind.
1 zeigt das Mehrganggetriebe 1 in einer Neutralposition. Dies bedeutet, dass das Schaltelement SE so positioniert ist, dass weder das erste Losrad L1, noch das zweite Losrad L2 drehfest mit der Abtriebswelle AB verbunden ist. Durch Verschieben des Schaltelements nach links wird der erste Gang eingelegt, das heißt, das erste Losrad L1 ist dann drehfest mit der Abtriebswelle AB verbunden. Hingegen führt eine Verschiebung des Schaltelements SE aus der Neutralstellung heraus nach rechts dazu, dass der zweite Gang eingelegt wird, da dann eine drehfeste Verbindung zwischen dem zweiten Losrad L2 und der Abtriebswelle AB hergestellt ist.
In der hier gezeigten Ausführungsform befinden sich das Antriebselement M, das schaltbare Mehrganggetriebe 1, die weitere Getriebestufe GS und die Fahrzeugachse FA in einer durch die Hochachse H und die Querachse Q aufgespannten Ebene. Es sind auch Anordnungen denkbar, in denen die gerade genannten Bauteile in einer Richtung senkrecht zu der gerade genannten Ebene versetzt angeordnet sind. Dies führt unter Umständen auch dazu, dass eine von der hier gezeigten Ausführung abweichende Anordnung in Bezug auf die Hochachse H vorliegt. Durch das Antriebselement M wird eine Drehbewegung auf die Antriebswelle AN eingeleitet. Die drehfest mit der Antriebswelle AN verbundenen Festräder F1, F2 werden dementsprechend ebenfalls in Rotation versetzt. Solange durch das Schaltelement SE eine Neutralposition hergestellt ist, rotieren die Losräder L1, L2 um die Abtriebswelle AB, wobei die Abtriebswelle AB stillsteht. Soweit der erste Gang oder der zweite Gang eingelegt sind, erfolgt eine Übertragung der Rotationsbewegung von dem ersten Losrad L1 beziehungsweise dem zweiten Losrad L2 auf die Abtriebswelle AB. Dies hat zur Folge, dass das mit der Abtriebswelle AB drehfest verbundene erste Stirnrad S1 ebenfalls rotiert. Das erste Stirnrad S1 steht in Eingriff mit dem zweiten Stirnrad S2, welches drehfest mit der Fahrzeugachse FA verbunden ist. Soweit demnach ein Gang eingelegt ist, wird eine von dem Antriebselement eingeleitete Drehbewegung unter Berücksichtigung des jeweiligen Übersetzungsverhältnisses auf die weitere Getriebestufe GS übertragen und somit auch auf die Fahrzeugachse FA.
Bezugszeichenliste

1: Mehrganggetriebe
AB: Abtriebswelle
AN: Antriebswelle
F1: Erstes Festrad
F2: Zweites Festrad
FA: Fahrzeugachse
G: Gehäuse
G': Zweites Gehäuse
GS: Weitere Getriebestufe
H: Hochachse
L1: Erstes Losrad
L2: Zweites Losrad
M: Antriebselement
Q: Querachse
R: Rad
S1: Erstes Stirnrad
S2: Zweites Stirnrad
SE: Schaltelement
SM: Schmiermittelstand
SR: Sensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1177671 B [0003]

Claims

Schaltbares Mehrganggetriebe (1) für Schienenfahrzeuge, das schaltbare Mehrganggetriebe (1) umfassend eine in einem Gehäuse (G) rotierbar gelagerte Antriebswelle (AN) und eine in diesem Gehäuse (G) rotierbar gelagerte, zu der Antriebswelle (AN) parallel angeordnete Abtriebswelle (AB), weiter umfassend wenigstens ein Schaltelement (SE), wenigstens zwei Losräder (L1, L2) und wenigstens zwei mit diesen paarweise in Eingriff stehende Festräder (F1, F2), wodurch wenigstens zwei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle (AN) und der Abtriebswelle (AB) herstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Festräder (F1, F2) drehfest mit der Antriebswelle (AN) verbunden sind und die Losräder (L1, L2) rotierbar an der Abtriebswelle (AB) angeordnet sind.
Schaltbares Mehrganggetriebe (1) für Schienenfahrzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (AB) in dem Gehäuse (G) tiefer als die Antriebswelle (AN) angeordnet ist.
Schaltbares Mehrganggetriebe (1) für Schienenfahrzeuge nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das wenigstens eine Schaltelement (SE) neben einem ersten Gang mit einem ersten Übersetzungsverhältnis und einem zweiten Gang mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis auch eine Neutralposition des schaltbaren Mehrganggetriebes (1) schaltbar ist.
Schaltbares Mehrganggetriebe (1) für Schienenfahrzeuge nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Abtriebswelle (AB) eine weitere Getriebestufe (GS) vorgesehen ist.
Schaltbares Mehrganggetriebe (1) für Schienenfahrzeuge nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Gang ein erstes Schaltelement (SE) zugeordnet ist und dem zweiten Gang ein zweites Schaltelement (SE) zugeordnet ist.
Schaltbares Mehrganggetriebe (1) für Schienenfahrzeuge nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (G) wenigstens einen Sensor (SR) aufweist.
Schaltbares Mehrganggetriebe (1) für Schienenfahrzeuge nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gangsprung zwischen dem ersten Gang und dem zweiten Gang 1,5 ≤ φ ≤ 2,5 beträgt und ein Gesamtübersetzungsverhältnis i_ges des schaltbaren Mehrganggetriebes (1) und wenigstens einer Getriebestufe (GS) einen Wert 6 ≤ i_ges ≤ 30 annimmt, wobei insbesondere das Übersetzungsverhältnis des ersten Gangs 9 ≤ i₁ ≤ 30 beträgt und das Übersetzungsverhältnis des zweiten Gangs 6 ≤ i₂ ≤ 12 beträgt.
Schaltbares Mehrganggetriebe (1) für Schienenfahrzeuge nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gang primär als Anfahrgang verwendbar ist.
Schaltbares Mehrganggetriebe (1) für Schienenfahrzeuge nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (G) zumindest teilweise mit Schmiermittel gefüllt ist, wobei der Schmiermittelstand (SM) so vorzusehen ist, dass in einem Ruhezustand die Abtriebswelle (AB) oberhalb des Schmiermittels angeordnet ist, und dass wenigstens eines der Losräder (L1, L2) in das Schmiermittel eintauchbar ist.
Schienenfahrzeug umfassend wenigstens ein schaltbares Mehrganggetriebe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, weiter umfassend wenigstens zwei Antriebselemente, wobei das wenigstens eine schaltbare Mehrganggetriebe (1) funktional einem Antriebselement (M) zugeordnet ist.
Verfahren zum Betreiben eines schaltbaren Mehrganggetriebes (1) für Schienenfahrzeuge nach Anspruch 1, umfassend einen Schritt des Erfassens der Getriebetemperatur und, soweit dieser einen vorgegebenen Wert unterschreitet und keine Fahranforderung vorliegt, des Betätigens des Schaltelements (SE), so dass eine Neutralposition des schaltbaren Mehrganggetriebes (1) hergestellt wird, einen Schritt des Einleitens einer geeigneten Drehbewegung in die Antriebswelle (AN), wobei solange eine Drehbewegung in die Antriebswelle (AN) eingeleitet wird, bis der vorgegebene Wert für die Getriebetemperatur erreicht wird.