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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Schienenfahrzeug umfassend einen Antriebsmotor, ein Radsatzgetriebe und eine Verbindungskupplung zur Übertragung von Antriebsdrehmoment auf eine Radsatzwelle, wobei das Radsatzgetriebe mit dem Antriebsmotor zu einer Motor-Getriebe-Einheit verbunden ist, und eine Hohlwelle als Getriebenabe für ein Zahnrad des Radsatzgetriebes aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Hohlwelle für eine solche Antriebseinheit.
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Bekannt sind Antriebseinheiten für Schienenfahrzeuge beispielsweise aus der
DE 19719746 C1 . Die darin beschriebene Antriebseinheit aus Motor und Radsatzgetriebe stützt ihre Gewichtskraft über drei Aufhängungen am Drehgestellrahmen ab. Die Verbindungskupplung zur Übertragung des Antriebsdrehmoments auf die Radsatzwelle ist als separate Kupplungshohlwelle mit zwei Bogenzahnverbindungen ausgeführt. Die Getriebehohlwelle, die das Abtriebszahnrad des Radsatzgetriebes trägt, ist mit einer Außenverzahnung verbunden. Diese steht im Eingriff mit der ersten innenverzahnten Kupplungshülse der separaten Kupplungshohlwelle. Über eine weitere ebenfalls innenverzahnte Kupplungshülse an der anderen Seite der Kupplungshohlwelle wird das Drehmoment auf eine Außenverzahnung auf der Radsatzwelle übertragen.
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Weiterhin sind Antriebseinheiten bekannt, bei denen als Verbindungskupplung Gummipaket-Kupplungen eingesetzt werden.
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Nachteilig an den bisher bekannten Antriebseinheiten ist, dass sie alle Verbindungskupplungen aufweisen, die viel Bauraum benötigen. Das ist eine erhebliche Einschränkung bei der Konstruktion der Antriebseinheit und des Drehgestells.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es nun, die Antriebseinheit so weiterzuentwickeln, dass weniger Bauraum benötigt wird.
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Die Aufgabe wird durch eine Antriebeseinheit gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen genannt.
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Erfindungsgemäß zeichnet sich die Antriebseinheit dadurch aus, dass die Verbindungskupplung als Zahnkupplung ausgeführt ist, derart dass eine innenverzahnte Kupplungshülse, die starr verbunden oder einteilig mit der Hohlwelle ausgeführt ist, und eine außenverzahnte Abtriebsnabe, die starr mit einer Radsatzwelle verbunden werden kann, über eine Verzahnung im Eingriff stehen, so dass das Antriebsdrehmoment darüber übertragen werden kann, und dass ein separates Abstützelement vorhanden ist, das einen Teil der Gewichtskraft der Motor-Getriebe-Einheit außerhalb der Verzahnung auf der Abtriebsnabe abstützt.
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Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführung ist, dass durch die einteilige oder starr verbundene Ausführung der Hohlwelle des Getriebes mit der innenverzahnten Kupplungshülse und durch die Abstützung über ein Abstützelement auf der Radsatzwelle die Verbindungskupplung wesentlich weniger Bauraum als bisher bekannte Lösungen benötigt. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Funktionen Gewichtabstützen und Drehmomentübertragen von getrennten Bauteilen in der Verbindungskupplung übernommen werden. So ist es einfach möglich das separate Abstützelement bei Verschleiß auszutauschen, ohne dass die Verzahnung der Verbindungskupplung davon betroffen ist.
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Insbesondere kann das separate Abstützelement aus einem anderen Werkstoff hergestellt sein als die innenverzahnte Kupplungshülse. Der jeweilige Werkstoff kann somit auf die unterschiedlichen Aufgaben hin besser optimiert werden.
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Das Abstützelement ist bevorzugt als Ring ausgeführt. Alternativ kann es auch aus mehreren Einzelsegmenten, insbesondere aus Ringsegmenten ausgeführt sein.
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Um die Reibung zwischen der Abtriebsnabe und dem Abstützelement zu verringern und um eine Auslenkung der Verbindungskupplung zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, das Abstützelement mit einer bogenförmig ausgebildeten Kontaktfläche zur Abtriebsnabe auszuführen. Alternativ oder zusätzlich ist es vorteilhaft, die Stützfläche an der Abtriebsnabe, die mit dem Abstützelement in Kontakt ist, bogenförmig auszubilden.
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Bevorzugt weist die Verbindungskupplung einen Deckel auf, der starr mit der Kupplungshülse verbunden ist und die Verbindungskupplung abschließt. Am Deckel ist insbesondere eine Abdichtung zur Radsatzwelle vorgesehen. Die starre Verbindung kann beispielsweise über Verschraubungen ausgeführt sein. Am Deckel und an der Kupplungshülse sollten Zentrierungen vorgesehen sein.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform trägt der Deckel das separate Abstützelement.
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In einer anderen bevorzugten Ausführung weist die Kupplungshülse einen Bereich auf, der das separate Abstützelement trägt, wobei dieser Bereich außerhalb der Verzahnung angeordnet ist. Insbesondere bei dieser Ausführungsform kann eine weitere Innenverzahnung am Deckel vorgesehen sein, welche in eine weitere Außenverzahnung, die an der Abtriebsnabe vorhanden ist, eingreift. Dadurch kann die Übertragung des Antriebsdrehmoments auf zwei Verzahnungen verteilt werden. Das separate Abstützelement ist somit zwischen den beiden Verzahnungen angeordnet. Der Außendurchmesser der weiteren Außenverzahnung auf der Abtriebsnabe sollte dabei bevorzugt kleiner sein als der Innendurchmesser des Abstützelements. So kann das Abstützelement zum Auswechseln über die weitere Außenverzahnung hinweg ausgebaut werden, ohne dass die Abtriebsnabe von der Radsatzwelle abgezogen werden muss.
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Vorteilhafterweise sind die Innenverzahnung der Kupplungshülse und die Außenverzahnung der Abtriebsnabe und/oder die weitere Innenverzahnung des Deckels und die weitere Außenverzahnungen bogenförmig ausgebildet. Dadurch ist die Verbindungskupplung als sogenannte Bogenzahnkupplung ausgeführt und kann somit Verlagerungen und Durchbiegungen ausgleichen.
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Zusätzlich zur Abstützung auf der Radsatzwelle über das Abstützelement in der Verbindungskupplung weist die Antriebseinheit bevorzugt nur noch zwei Anbindunglen auf der Antriebsseite der Motor-Getriebe-Einheit auf, die dafür vorgesehen sind, die Antriebseinheit an einem Drehgestellrahmen des Schienenfahrzeugs zu befestigen. Dadurch dass nur noch zwei weitere Anbindungen notwendig sind, um das Gewicht abzustützen, wird weiterer Bauraum eingespart.
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Die erfindungsgemäße Ausführung ist für Antriebseinheiten mit einstufigem oder zweistufigem Radsatzgetriebe anwendbar und sowohl bei Stirnradgetrieben als auch bei Kegelradgetrieben.
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Weiterhin bezieht sich die Erfindung auch auf eine Hohlwelle gemäß dem nebengeordneten Anspruch.
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Die erfindungsgemäße Hohlwelle zeichnet sich dadurch aus, dass sie die Getriebenabe zur Aufnahme eines Zahnrades eines Radsatzgetriebes bildet und starr verbunden oder einteilig mit einer innenverzahnten Kupplungshülse ausgeführt ist, wobei die Innenverzahnung geeignet ist, im Eingriff mit einer außenverzahnten Abtriebsnabe auf einer Radsatzwelle Antriebsdrehmoment zu übertragen.
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Durch die starr verbundene oder einteilige Ausführung der Hohlwelle wird ein integrales Bauteil geschaffen, das sowohl die Getriebenabe des Radsatzgetriebes als auch die Kupplungshülse der Verbindungskupplung umfasst. Damit kann die Antriebseinheit sehr platzsparend gestaltet werden. Die starre Verbindung kann beispielsweise durch Verschraubungen erfolgen.
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Insbesondere kann die Hohlwelle einen Bereich an der Kupplungshülse aufweisen, der ein separates Abstützelement tragen kann, welches einen Teil der Gewichtskraft der Antriebseinheit auf die Radsatzwelle übertragen kann.
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Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
- 1 schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit
- 2 Schnitt der Verbindungskupplung
- 3a Detailansicht der Verbindungskupplung
- 3b weitere Ausführung der Verbindungskupplung im Detail
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Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Antriebseinheit für ein Schienenfahrzeug, umfassend den Antriebsmotor 1, das Radsatzgetriebe 4 inklusive der Hohlwelle 3 mit seiner Getriebenabe 3.1, sowie die Verbindungskupplung, die von der Kupplungshülse 3.2 der Hohlwelle und dem Deckel 3.3 sowie der hier nicht sichtbaren Abtriebsnabe gebildet wird. Weiterhin dargestellt sind die Achslinie des Antriebs 30 und die Achslinie des Abtriebs 40. Die Hohlwelle 30 ist konzentrisch zur Achslinie des Abtriebs 40 angeordnet.
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In diesem Beispiel ist ein einstufiges Radsatzgetriebe in Stirnradausführung dargestellt. Die Erfindung kann auch bei zweistufigen Radsatzgetrieben oder bei Radsatzgetrieben in Kegelradausführung vorteilhaft eingesetzt werden.
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Die Antriebseinheit ist am Drehgestellrahmen 20 nur über die beiden Anbindungen 21 und 22 befestigt und stützt sich zusätzlich auf der Radsatzwelle 2 des Schienenfahrzeugs ab. Der Drehgestellrahmen 20 und die Radsatzwelle 2 sind kein Teil der Antriebseinheit.
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2 zeigt die Ausführung der Verbindungskupplung in Schnittdarstellung. Auf der Radsatzwelle 2 ist die Abtriebsnabe 11 aufgepresst und somit starr und drehfest mit dieser verbunden. Die Abtriebsnabe 11 weist eine Außenverzahnung 11.1 und einen davon getrennten Stützbereich 11.3 auf.
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Weiterhin ist die Hohlwelle 3 zu sehen, die eine Kupplungshülse 3.2 mit der Innenverzahnung 3.2a umfasst. Diese Innenverzahnung 3.2a greift in die Außenverzahnung 11.1 ein und somit kann das Antriebsdrehmoment von der Hohlwelle 3 auf die Radsatzwelle 2 übertragen werden.
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Die Kupplungshülse 3.2 ist einstückig mit der Getriebenabe 3.1 ausgeführt, welche das Zahnrad 7 trägt. Hier ist das Zahnrad 7 das Großrad des Radsatzgetriebes. Es kann beispielsweise auf die Getriebenabe 3.1 aufgepresst oder über eine Flanschverbindung an dieser befestigt sein. Die Lager 5 und 6 lagern die Hohlwelle 3 konzentrisch zur Radsatzwelle 2 im nicht dargestellten Getriebegehäuse.
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Weiterhin ist ein Deckel 3.3 vorhanden, der die Verbindungskupplung - gebildet aus Kupplungshülse 3.2 und Abtriebsnabe 11 - abschließt. Nicht dargestellt ist die Abdichtung des Deckels 3.3 gegen die Radsatzwelle 2. Der Deckel 3 trägt das separate Abstützelement 12, das einen Teil der Gewichtskraft der Antriebseinheit auf der Radsatzwelle 2 abstützt. Gut zu erkennen, ist dass das Abstützelement 12 bei Verschleiß einfach entfernt werden kann, nachdem die nicht dargestellten Schienenräder von der Radsatzwelle abgezogen sind. Dafür muss die Abtriebsnabe 11 nicht von der Radsatzwelle abgezogen werden.
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Für alle erfindungsgemäßen Ausführungen gilt, dass das Abstützelement als einteiliger Ring oder als mehrteilige Segmente ausgeführt werden kann, insbesondere auch als mehrteilige Ringsegmente.
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Aufgrund der bogenförmigen Ausführung der Verzahnung 3.2a, 11.1 und der gekrümmt Kontaktfläche des Abstützelements 12 ist die Verbindungskupplung eine sogenannte Bogenzahnkupplung und kann axiale und winklige Verlagerungen der Radsatzwelle oder Durchbiegung ausgleichen.
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Die 3a und 3b zeigen Varianten für die Ausführung der Verbindungskupplung im Detail. Eine erste Variante ist in 3a dargestellt und entspricht der in 2 beschriebenen Ausführung. Der Deckel 3.3 ist über die Verschraubung 10 starr mit der Kupplungshülse 3.2 verbunden. Zu erkennen ist auch der Zentrierbund am Deckel 3.3, der in eine ebensolche Zentrierung an der Kupplungshülse 3.2 eingreift.
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Das Abstützelement 12 wird vom Deckel getragen. In der dargestellten Ausführung sind sowohl die Kontaktfläche des Abstützelements 12 zur Abtriebsnabe als auch die Kontaktfläche des Stützbereichs 11.3 der Abtriebsnabe bogenförmig ausgebildet, um eine optimale Beweglichkeit in der Abstützung zu ermöglichen.
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3b stellt eine weitere Variante dar. Hier wird das Abstützelement 12 von der Kupplungshülse 3.2 getragen. Die Verzahnung 3.2a, 11.1 ist etwas kürzer ausgeführt. Der Deckel 3.3 ist starr mit der Kupplungshülse 3.2 verschraubt, wiederum zu erkennen ist er Zentrierbund, der hier gleichzeitig dazu dient, das separate Abstützelement 12 zu fixieren.
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Im Deckel 3.3 ist eine weitere Innenverzahnung 3.3a eingearbeitet, die in eine weitere Außenverzahnung 11.2 an der Abtriebsnabe eingreift. So kann das Antriebsdrehmoment über beide Verzahnungen verteilt auf die Radsatzwelle 2 übertragen werden.
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Das Abstützelement 12 befindet sich zwischen den beiden Verzahnungen. Eine oder beide Verzahnungen sind bogenförmig ausgebildet. Und die Kontaktflächen am Abstützelement 12 und am Stützbereich 11.3 sind ebenfalls bogenförmig ausgeführt. So können axiale und winklige Verlagerungen der Radsatzwelle 2 oder Durchbiegungen ausgeglichen werden.
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Das Abstützelement 12 weist eine größeren Innendurchmesser auf als der Außendurchmesser der weiteren Außenverzahnung 11.2. So kann das Abstützelement 12 ausgebaut werden, ohne dass die Abtriebsnabe 11 von der Radsatzwelle 2 abgezogen werden muss.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsmotor
- 2
- Radsatzwelle
- 3
- Hohlwelle
- 3.1
- Getriebenabe
- 3.2
- Kupplungshülse
- 3.2a
- Innenverzahnung
- 3.3
- Deckel
- 3.3a
- weitere Innenverzahnung
- 4
- Radsatzgetriebe
- 5, 6
- Lager der Hohlwelle
- 7
- Zahnrad
- 10
- Verschraubung
- 11
- Abtriebsnabe
- 11.1
- Außenverzahnung
- 11.2
- weitere Außenverzahnung
- 11.3
- Stützbereich
- 12
- Abstützelement
- 20
- Drehgestellrahmen
- 21
- erste Anbindung
- 22
- zweite Anbindung
- 30
- Achslinie des Antriebs
- 40
- Achslinie des Abtriebs
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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