-
Die Erfindung betrifft ein Generatorsystem für Schienenfahrzeuge, aufweisend einen Deckel, eine Radsatzlagereinheit sowie eine Generatoreinheit.
-
In der
DE 10 2009 050 145 A1 ist ein elektrischer Fahrantrieb für Radsätze von Güterwagen offenbart. An einem freiliegenden Ende einer Radsatzwelle eines Radsatzes ist eine Rotorwelle angeflanscht. Die Rotorwelle weist einen ringförmig umgreifenden Permanentmagneten auf. Des Weiteren ist ein den Permanentmagnet ringförmig umgreifendes Statorpaket fest mit dem Gehäuse des dem Radsatz zugeordneten Achslagers verbunden.
-
In der
DE 199 34 307 A1 ist eine elektrische Leistungsvorrichtung offenbart. Die elektrische Leistungsvorrichtung weist einen Rahmen, einen an dem Rahmen gebrachten Stator sowie einen zur Ausführung einer Rotationsbewegung in dem Rahmen ausgebildeten Rotor auf. An dem Rotor ist eine Antriebskopplungseinrichtung angebracht, um den Rotor mit der Achsanordnung rotationsmäßig zu koppeln. Die Antriebskopplungseinrichtung steht dabei in Eingriff mit den Schraubenköpfen, die die Lagerendabdeckung mit der Radsatzwelle verbinden.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes und nachträglich anbaubares Generatorsystem für Schienenfahrzeuge aufzuzeigen, dass rationell montiert werden kann.
-
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird das im Anspruch 1 angegebene Generatorsystem vorgeschlagen. Optionale vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich ganz oder teilweise aus den abhängigen Ansprüchen.
-
Das erfindungsgemäße Generatorsystem für Schienenfahrzeuge weist einen Deckel, eine Radsatzlagereinheit sowie eine Generatoreinheit auf. Die Radsatzlagereinheit weist ein Lagergehäuse und ein Radsatzlager zur Lagerung einer Radsatzwelle auf, wobei das Radsatzlager eine Endkappe umfasst. Die Generatoreinheit ist dabei axial, ausgehend von der Rotationsachse des Radsatzlagers, neben der Endkappe angeordnet und weist einen Stator, einen Rotor sowie ein Verbindungselement auf. Das Verbindungselement ist dabei mit dem Rotor der Generatoreinheit drehfest verbunden und mit der Endkappe des Radsatzlagers gekoppelt. Des Weiteren ist das Verbindungselement derart ausgebildet, dass eine formschlüssige Verbindung zwischen Verbindungselement und Rotor vorliegt. Die formschlüssige Verbindung ist dabei nur in radialer Richtung, ausgehend von der Rotationsachse des Radsatzlagers, vorhanden, so dass der Rotor mit dem Verbindungselement drehfest verbunden und in axialer Richtung frei beweglich ist. Der Deckel arretiert das Verbindungselement dabei in axialer Richtung, indem der Deckel am Lagergehäuse der Radsatzlagereinheit befestigt ist.
-
Das Verbindungselement ist vorzugsweise als Welle mit unterschiedlichen Abschnitten ausgebildet. Das von der Endkappe des Radsatzlagers abgewandte Ende des Verbindungselements ist in eine Bohrung des Rotors eingelegt. Das Verbindungselement ist dabei mit dem Rotor weder verpresst noch verschraubt.
-
In einer beispielhaften Ausführungsform weist das Verbindungselement mindestens einen im Querschnitt zungenartigen Abschnitt auf. Beispielsweise weist das Verbindungselement an beiden Enden jeweils einen im Querschnitt zungenartigen Abschnitt auf. Der Rotor weist eine entsprechende zungenartige Bohrung auf, in die das Verbindungselement eingesteckt ist.
-
Alternativ weist das Verbindungselement mindestens einen Abschnitt auf, der als Vierkantprofil ausgebildet ist. Beispielsweise weist das Verbindungselement an beiden Enden jeweils einen Abschnitt auf, der als Vierkantprofil ausgebildet ist. Der Rotor ist dabei vorzugsweise auf dem Vierkantprofil aufgeschoben und weist dementsprechend eine viereckige Bohrung auf.
-
In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Verbindungselement mit der Endkappe drehfest verbunden, insbesondere verschraubt. Das bedeutet, dass die Endkappe eine Bohrung mit einem Innengewinde aufweist in die das Verbindungselement eingeschraubt ist. Das Verbindungselement weist hierfür an dem zur Endkappe ausgerichteten Ende ein Außengewinde auf.
-
Alternativ weist das Generatorsystem ein Adapterelement auf, das mit der Endkappe und mit dem Verbindungselement der Generatoreinheit drehfest verbunden ist. Vorzugsweise ist das Verbindungselement in dem Adapterelement befestigt. Das heißt, dass das Adapterelement eine Bohrung aufweist, in die das Verbindungselement eingeschoben ist und durch einander entsprechender Konturen eine drehfeste Verbindung zwischen Endkappe und Rotor herstellen. Dabei sind vorzugsweise beide Enden des Verbindungselements gleichartig ausgebildet. Es ist vorteilhaft, wenn die Bohrung des Adapterelements einen viereckigen Querschnitt aufweist und das Verbindungselement an dem in die Bohrung hereinragendes Ende ebenfalls einen viereckigen Querschnitt aufweist. Dadurch wird eine drehfeste Verbindung zwischen Adapterelement und Verbindungselement sichergestellt, wobei das Verbindungselement in axialer Richtung frei beweglich ist. Das Verbindungselement ist allerdings durch den Deckel in axialer Richtung arretiert.
-
Ferner weist der Deckel des Generatorsystems vorzugsweise eine Kontrollkappe auf, die in der Mitte des Deckels angeordnet ist. Das bedeutet, dass der Deckel eine Öffnung an der von der Endkappe abgewandten Stirnseite aufweist, wobei die Öffnung mittels der Kontrollkappe verschlossen ist. Durch die Kontrollkappe ist beispielsweise ein Nachschmieren des Wälzlagers in der Generatoreinheit möglich, ohne den gesamten Deckel entfernen zu müssen.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Stator der Generatoreinheit ein Statorgehäuse sowie eine Statorwicklung. Beispielsweise ist der Deckel als Statorgehäuse ausgebildet.
-
Der Rotor erstreckt sich vorzugsweise parallel zur Endkappe und weist mehrere Magnete auf, die vorzugsweise auf der von der Endkappe abgewandten Stirnseite des Rotors angeschraubt sind. Das bedeutet, dass die Magnete des Rotors axial zwischen der Statorwicklung des Stators und der Endkappe des Radsatzlagers angeordnet sind.
-
In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Stator axial neben dem Rotor, ausgehend von der Rotationsachse des Radsatzlagers, auf einem hülsenförmigen Abschnitt des Rotors mittels eines Wälzlagers gelagert. Beispielsweise ist das Wälzlager als einreihiges Kugellager mit einem Lagerinnenring und einem Lageraußenring ausgebildet. Vorzugsweise ist die Generatoreinheit als Scheibenläufer-Generator ausgebildet.
-
Das Radsatzlager des erfindungsgemäßen Generatorsystems ist beispielsweise als Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager oder Pendelrollenlager ausgebildet.
-
Vorzugsweise ist das Verbindungselement derart ausgeführt, dass zwischen Rotor der Generatoreinheit und der Endkappe des Radsatzlagers ein axialer Ausgleich vorhanden ist.
-
Das Montageverfahren des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Generatorsystems ist abhängig von der Verwendung eines Adapterelements. Bei der Ausführungsvariante mit Adapterelement wird zuerst das Adapterelement in die Endkappe des Radsatzlagers eingeschraubt. Anschließend wird das Radsatzlager mit seiner Endkappe und dem darin eingeschraubten Adapterelement auf eine Radsatzwelle montiert. Im Anschluss daran wird in das Adapterelement das Verbindungselement eingeschoben. Anschließend wird auf das Verbindungselement die Generatoreinheit aufgeschoben. Zum Schluss wird der Deckel über die Generatoreinheit geschoben und mit dem Lagergehäuse der Radsatzlagereinheit fest verbunden.
-
Bei der Ausführungsvariante ohne Adapterelement wird zuerst das Verbindungselement in die Endkappe des Radsatzlagers eingeschraubt. Anschließend wird das Radsatzlager mit seiner Endkappe und dem eingeschraubten Verbindungselement auf eine Radsatzwelle montiert. Daraufhin wird die Generatoreinheit auf das Verbindungselement aufgeschoben. Im Anschluss daran wird der Deckel über die Generatoreinheit geschoben und mit dem Lagergehäuse der Radsatzlagereinheit fest verbunden.
-
Weitere Einzelheiten, Merkmale, Merkmalskombinationen und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung sowie aus den Zeichnungen. Diese zeigen in:
- 1 eine erste beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Generatorsystems in Schnittansicht,
- 2 die Schnittansicht A-A aus 1,
- 3 eine zweite beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Generatorsystems in Schnittansicht,
- 4 eine dritte beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Generatorsystems in Schnittansicht,
- 5 eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Generatorsystems mit einem Adapterelement in Schnittansicht.
-
In allen Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
In der 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Generatorsystems 1 für Schienenfahrzeuge in Schnittansicht dargestellt. Das Generatorsystem 1 ist auf ein Ende einer Radsatzwelle 2 eines hier nicht weiter dargestellten Schienenfahrzeugs angeordnet.
-
Das Generatorsystem 1 weist eine Radsatzlagereinheit 3, eine Generatoreinheit 4 sowie einen Deckel 5, der die Generatoreinheit 4 umschließt, auf. Die Radsatzlagereinheit 3 beinhaltet ein Lagergehäuse 6, das häufig auch als Adapter bezeichnet wird, sowie ein Radsatzlager 7, das auf der Radsatzwelle 2 aufgebracht ist. Das Radsatzlager 7 weist einen geteilten Lagerinnenring 8, einen Lageraußenring 9, eine Vielzahl an zwischen beiden Lagerringen 8, 9 angeordnete Wälzkörper 10 sowie eine Endkappe 11, die an der Stirnseite der Radsatzwelle 2 angeordnet ist und das Radsatzlager 7 abschließt, auf. Die Endkappe 11 ist dabei mit drei Schrauben 12 an die Radsatzwelle 2 angeschraubt. Das Radsatzlager 7 ist in der 1 als Kegelrollenlager ausgebildet, wobei die Wälzkörper 10 des Radsatzlagers 7 Kegelrollen bilden.
-
Der geteilte Lagerinnenring 8 ist mit der Radsatzwelle 2 fest verbunden und rotiert somit mit der Radsatzwelle 2 mit. Radial außerhalb des Lageraußenrings 9, ausgehend von der Rotationsachse des Radsatzlagers 7, ist das Lagergehäuse 6 angeordnet und mit dem Lageraußenring 9 durch Gewicht und Reibung verbunden. Das Lagergehäuse 6 umschließt den Lageraußenring 9 des Radsatzlagers 7 teilweise.
-
Axial zwischen der Endkappe 11 und dem Lagerinnenring 8 ist eine Dichtung 13 angeordnet, um das Eindringen von Partikeln in das Radsatzlager 7 zu verhindern. Die Endkappe 11 weist des Weiteren eine mittig zur Radsatzwelle angeordnete Bohrung 14 mit einem Innengewinde 15 auf.
-
Die Generatoreinheit 4 ist axial neben der Endkappe 11 des Radsatzlagers 7 angeordnet und beinhaltet einen Stator 16, einen Rotor 17, ein Wälzlager 18 sowie ein Verbindungselement 19. Das Wälzlager 18 ist in hier als einreihiges Kugellager ausgebildet.
-
Das Verbindungselement 19 weist an dem zur Endkappe 11 zugewandten Ende 20 ein Außengewinde 21 auf, das in der Bohrung 14 der Endkappe 11 eingeschraubt ist. Das von der Endkappe 11 abgewandte Ende 22 des Verbindungselements 19 ist zungenartig ausgebildet und in einer entsprechenden Bohrung 23 im Rotor 17 eingesteckt. Das heißt, dass die Bohrung 23, wie in der 2 dargestellt, einen zungenartigen Querschnitt aufweist. Somit ist das Verbindungselement 19 mit dem Rotor 17 drehfest verbunden.
-
Der Rotor 17 weist einen hülsenförmigen Abschnitt 24 sowie einen scheibenförmigen Abschnitt 25 auf, wobei sich der scheibenförmige Abschnitt 25 parallel zur Endkappe erstreckt und axial neben diese angeordnet ist. Auf dem hülsenförmigen Abschnitt 24 ist das Wälzlager 18 der Generatoreinheit 4 angeordnet und lagert den Rotor 17 der Generatoreinheit 4 im Stator 16 der Generatoreinheit 4. Der scheibenförmige Abschnitt 25 des Rotors 17 ist dabei axial zwischen dem hülsenförmigen Abschnitt 24 des Rotors 17 und der Endkappe 11 angeordnet.
-
An dem scheibenförmigen Abschnitt 25 des Rotors 17 ist eine Mehrzahl an Magneten 26 auf der von der Endkappe 11 abgewandten Stirnseite des scheibenförmigen Abschnitts 25 des Rotors 17 angeschraubt, die mit einer axial gegenüberliegenden Statorwicklung 27 zusammenwirken. Axial zwischen der Statorwicklung 27 des Stators 16 und den Magneten 26 des Rotors 17 ist ein Luftspalt 28 vorhanden. Die Generatoreinheit 4 ist hier als Scheibenläufer-Generator ausgebildet.
-
Der Deckel 5 des Generatorsystems 1 umschließt die gesamte Generatoreinheit 4, wodurch eine axiale Arretierung des Verbindungselements 19 gebildet wird, und stellt gleichzeitig das Statorgehäuse für die Statorwicklung 27 dar. Das heißt, dass die Statorwicklung 27 drehfest mit dem Deckel 5 verbunden ist. Der Deckel 5 ist an der Stirnseite des Lagergehäuses 6 der Radsatzlagereinheit 3 angeschraubt und somit mit dem Lagergehäuse 6 drehfest verbunden. Des Weiteren umschließt der Deckel 5 teilweise den Lageraußenring 9 des Radsatzlagers 7.
-
Der Deckel 5 weist mittig eine Öffnung 29 auf, die mittels einer Kontrollkappe 30 verschlossen ist. Die Kontrollkappe 30 ist mit mehreren Schrauben 12 an den Deckel 5 geschraubt. Die Kontrollkappe 30 arretiert das Wälzlager 18, insbesondere den Lageraußenring 31 des Wälzlagers 18, in axialer Richtung.
-
Das erfindungsgemäße Generatorsystem 1 gemäß 3 unterscheidet sich im Radsatzlager 7 und im geschlossen ausgebildeten Lagergehäuse 6. Als Radsatzlager 7 ist hier ein Zylinderrollenlager eingebaut.
-
In der 4 ist eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Generatorsystems 1 dargestellt. Im Unterschied zur Ausführungsform in 1 ist das von der Endkappe 11 abgewandte Ende 22 des Verbindungselements 19 als Vierkantprofil ausgebildet. Dementsprechend weist auch die Bohrung 23 des Rotors 17 einen Vierkantprofil-Querschnitt auf, so dass das Ende 22 des Verbindungselements 19 in die Bohrung 23 des Rotors 17 einsteckbar ist. Auch mittels des Vierkantprofils wird eine drehfeste Verbindung zwischen Rotor 17 und Verbindungselement 19 und somit eine drehfeste Verbindung zwischen Generatoreinheit 4 und Endkappe 11 erreicht.
-
In der 5 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Generatorsystems 1 dargestellt. Im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsformen weist hier das Generatorsystem 1 zusätzlich ein Adapterelement 32 auf. Das hier verwendete Verbindungselement 19 weist einen viereckigen Querschnitt auf und ist als Vierkantprofil über die gesamte Länge des Verbindungselements 19 ausgebildet. Das Adapterelement 32 ist in die Bohrung 14 der Endkappe 11 eingeschraubt und weist eine viereckige Bohrung 33 an der zum Rotor 17 zugewandten Stirnseite auf, in die das Verbindungselement 19 eingelegt ist. Das Verbindungselement 19 ragt dabei aus der Bohrung 33 des Adapterelements 32 heraus und in die Bohrung 23 des Rotors 17 hinein. Die Bohrung 23 des Rotors 17 ist dabei ebenfalls viereckig ausgebildet. In der Bohrung 23 des Rotors 17 ist eine ringförmige Schulter 34 ausgebildet, die das Verbindungselement 19 axial arretiert. Alternativ kann statt der am Rotor 17 ausgebildeten Schulter 34 ein Ringelement, wie beispielsweise ein Sprengring, eingebracht sein, um die axiale Arretierung des Verbindungselements 19 zu gewährleisten.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Generatorsystem
- 2
- Radsatzwelle
- 3
- Radsatzlagereinheit
- 4
- Generatoreinheit
- 5
- Deckel
- 6
- Lagergehäuse
- 7
- Radsatzlager
- 8
- Lagerinnenring des Radsatzlagers
- 9
- Lageraußenring des Radsatzlagers
- 10
- Wälzkörper des Radsatzlagers
- 11
- Endkappe
- 12
- Schraube
- 13
- Dichtung
- 14
- Bohrung der Endkappe
- 15
- Innengewinde der Bohrung
- 16
- Stator
- 17
- Rotor
- 18
- Wälzlager der Generatoreinheit
- 19
- Verbindungselement
- 20
- zur Endkappe zugewandtes Ende des Verbindungselements
- 21
- Außengewinde
- 22
- von der Endkappe abgewandtes Ende des Verbindungselements
- 23
- Bohrung des Rotors
- 24
- hülsenförmiger Abschnitt des Rotors
- 25
- scheibenförmiger Abschnitt des Rotors
- 26
- Magnet
- 27
- Statorwicklung
- 28
- Luftspalt
- 29
- Öffnung
- 30
- Kontrollkappe
- 31
- Lageraußenring des Wälzlagers der Generatoreinheit
- 32
- Adapterelement
- 33
- Bohrung des Adapterelements
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102009050145 A1 [0002]
- DE 19934307 A1 [0003]
