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Die Erfindung betrifft ein Radsatzgetriebe zum Antrieb einer Radsatzwelle eines Schienenfahrzeugs, umfassend eine Eingangswelle, eine oder mehrere Getriebestufen gebildet durch Zahnräder und ein Getriebegehäuse, wobei ein erstes Zahnrad mit der Eingangswelle verbunden ist und ein weiteres Zahnrad vorhanden ist, welches auf einer Radsatzwelle montiert werden kann und welches ein Rotationsachse aufweist, die mit der Rotationsachse der Radsatzwelle zusammenfällt; derart gestaltet, dass Antriebsdrehmoment von der Eingangswelle über die Getriebestufen auf eine Radsatzwelle übertragen werden kann. Des Weiteren betrifft sie eine Antriebsanordnung für ein Schienenfahrzeug mit einem Motor, einem Radsatzgetriebe, einer Radsatzwelle, auf welcher das Radsatzgetriebe montiert ist, und einer Kupplung, welche die Eingangswelle mit dem Motor verbindet.
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Radsatzgetriebe für Schienenfahrzeuge sind beispielsweise aus der Druckschrift
DE 102016213998 A1 bekannt. Darin werden sowohl einstufige als auch zweistufige Radsatzgetriebe mit Stirnradstufen zur Übertragung des Drehmoments und zur konstanten Reduzierung der Drehzahl von der Eingangswelle auf die Radsatzwelle gezeigt. Eingangswelle und Radsatzwelle sind parallel angeordnet.
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Für verschiedene Ausführungen von Schienenfahrzeugen sind verschiedene Motorgrößen und verschiedene Achsabstände zwischen Motorwelle und Radsatzwelle vorgegeben. Die Radsatzgetriebe werden dann entsprechend passend für das jeweilige Fahrzeug ausgelegt und konstruiert.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es nun, das Radsatzgetriebe so weiterzuentwickeln, dass eine einfachere Auslegung möglich und weniger Konstruktionsaufwand bei der Anpassung an verschiedene Schienenfahrzeugtypen notwendig ist.
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Die Aufgabe wird durch eine Radsatzgetriebeeinheit mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Für die Antriebsanordnung wird die Aufgabe durch eine Ausführung gemäß Anspruch 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen genannt. Die verschiedenen, beschriebenen Merkmale können nicht nur einzeln sondern auch in Kombination genutzt werden, um die erfindungsgemäße Ausführung weiter zu verbessern.
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Erfindungsgemäß zeichnet sich das Radsatzgetriebe dadurch aus, dass das erste Zahnrad oder das mit dem ersten Zahnrad im Eingriff stehende Zahnrad mit einer Beveloid-Verzahnung ausgeführt ist und dass die Rotationsachse der Eingangswelle mit der Rotationsachse des weiteren Zahnrades einen Winkel α mit einem Wert von 0,5° bis 12° bildet. Dadurch dass die Rotationsachse der Eingangswelle nicht mehr parallel zur Radsatzwelle steht, kann für verschiedene Motorgrößen und verschiedene Achsabstände zwischen Motorwelle und Radsatzwelle, dennoch das gleiche Radsatzgetriebe verwendet werden. Die Abstandsanpassung erfolgt über die Schrägstellung der Eingangswelle. Das heißt dass die teuren Teile, wie etwa das Getriebegehäuse und die Zahnräder, für mehrere Varianten unverändert verwendet werden kann. Dadurch ergeben sich erheblich wirtschaftliche Vorteile, da so höhere Stückzahlen für die nun gleichen Bauteile gefertigt werden können. Insbesondere ist auch nur eine Auslegung nötig, solange gleiche Übersetzungsverhältnis gewünscht sind. Für die Konstruktion sind zudem mehr Freiheitsgrade vorhanden, was bei der Anpassung der Radsatzgetriebe an verschiedene Schienenfahrzeuge vorteilhaft ist.
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Die sogenannte Beveloid-Verzahnung zeichnet sich dadurch aus, dass ein konischer Grundkörper verwendet wird, weshalb ein solches Zahnrad auch Konuszahnrad genannt wird. Es kann in Paarung mit einem zylindrischen Stirnrad mit Evolventen-Verzahnung oder mit einem weiteren Zahnrad mit Beveloid-Verzahnung verwendet werden. Das Konuszahnrad unterscheidet sich vom Kegelrad, welches eine ganz andere Zahnform hat. Bei Kegelrädern ändert sich die Teilung über dem Radius, das heißt der Abstand zwischen zwei benachbarten Zähne wird von außen nach innen kleiner. Deshalb kann ein Kegelrad auch nur mit einem weiteren Kegelrad gepaart werden. Beim Konuszahnrad dagegen bleibt die Teilung über dem Radius konstant. Dadurch bietet der Einsatz der Beveloid-Verzahnung noch den weiteren Vorteil, dass das zylindrische Zahnrad in einer solchen Paarung eine axiale Freiheit hat und ohne Probleme zu verursachen axial verschoben werden kann. Das ist bei Kegelradverzahnungen nicht möglich.
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Die Schrägstellung der Eingangswelle des Radsatzgetriebes in Bezug auf die Motorwelle kann durch die Kupplung zwischen Motor und Radsatzwelle, beispielsweise durch eine Bogenzahnkupplung, ausgeglichen werden. Insbesondere kann dadurch die Motorwelle wieder parallel zur Radsatzwelle angeordnet sein.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Ausführung kommen besonders zum Tragen, wenn der der Winkel α einen Wert von mindestens 1° und/oder einen Wert von höchstens 5° aufweist. Das ist der besonders bevorzugte Bereich der Schrägstellung, in welchem die Tragfähigkeit der Verzahnung gut ist und die Flexibilität für die Auslegung schon groß genug ist.
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Weiterhin ist die Erfindung auch für Radsatzgetriebe, die zweistufig ausgebildet sind und eine Zwischenwelle mit zwei Zahnrädern aufweisen, gut anwendbar.
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Besonders bevorzugt ist zumindest ein Stützring, insbesondere sind zwei Stützringe für die Lagerung der Eingangswelle vorgesehen, über welche die Lagerung im Getriebegehäuse abgestützt ist. Dabei weist eine oder weisen beide Aufnahmeöffnungen für die Stützringe im Getriebegehäuse Flächen auf, die parallel zur Rotationsachse angeordnet und zylindrisch ausgebildet sind. So kann die Öffnung im Getriebegehäuse für verschiedene Ausführungen gleich, also passend zur zylindrischen Fläche der Stützringe, ausgeführt werden. Die Anpassung im Winkel der Eingangswelle wird über verschieden ausgeführte Stützringe zur Aufnahme der Lagerung realisiert. Somit können die Anpasskosten für verschiedene Ausführungen gering gehalten werden. Insbesondere ist es dabei von Vorteil, wenn der eine oder die beiden Stützringe eine Positionierhilfe zur Verdrehsicherung aufweisen. Beispielsweise kann das eine Aussparung, eine Nut, eine Rippe, ein Stift oder eine andere Ausführung sein. Dadurch ist eine einfachere und zuverlässigere Montage möglich.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung haben das erste Zahnrad, welches mit der Eingangswelle verbunden ist, und das mit dem ersten Zahnrad im Eingriff stehende Zahnrad eine Beveloid-Verzahnung. So können beispielsweise noch etwas größere Schrägstellungen der Eingangswelle zur Radsatzwelle ausgeführt werden.
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Zusätzlich betrifft die Erfindung auch eine Antriebsanordnung für ein Schienenfahrzeug mit einem Motor und einem zuvor beschriebenen Radsatzgetriebe, sowie einer Radsatzwelle, auf welcher das Radsatzgetriebe montiert ist, und einer Kupplung, welche die Eingangswelle mit dem Motor verbindet.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Motor eine Motorwelle aufweist und so angeordnet ist, dass die Rotationsachse der Motorwelle parallel zur Rotationsachse der Radsatzwelle ausgerichtet ist. Der dann auftretende Winkel zwischen Motorwelle und Eingangswelle kann durch eine geeignete Kupplung, wie Bogenzahnkupplung oder Membrankupplung ausgeglichen werden. Durch eine solche Anordnung wird der Anpassaufwand im Schienenfahrzeug so gering wie möglich gehalten und ist somit kostengünstiger.
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Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
- 1 Radsatzgetriebe in Einbausituation (Stand der Technik)
- 2 Erfindungsgemäßes einstufiges Radsatzgetriebe in Einbausituation
- 3 Detail eines erfindungsgemäßen Radsatzgetriebes
- 4 Erfindungsgemäße Ausführung eines zweistufigen Radsatzgetriebes in Einbausituation
- 5 Seitenansicht auf die Anordnung der Zahnräder in einem erfindungsgemäßen zweistufigen Radsatzgetriebe
- 6 Detail eines erfindungsgemäßen zweistufigen Radsatzgetriebes
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1 zeigt in Draufsicht eine Einbausituation für ein Radsatzgetriebe 12 gemäß dem Stand der Technik. Dargestellt ist ein Radsatz mit einer Radsatzwelle 5 und zwei Schienenrädern 10, wobei die Radsatzwelle 5 die Abtriebswelle des Radsatzgetriebes 12 ist. Das Radsatzgetriebe 12 ist als einstufiges Stirnradgetriebe ausgeführt und umfasst eine Eingangswelle 14, eine Getriebestufe, die von den Zahnrädern 16 und 17 gebildet wird, und ein Getriebegehäuse, das die Getriebestufe umschließt. Die Zahnräder 16,17 sind als Stirnräder ausgebildet.
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Die Eingangswelle 14 des Radsatzgetriebes ist über eine Kupplung 13 mit dem Antriebsmotor 11 verbunden. Somit wird das Antriebsdrehmoment des Motors auf das Radsatzgetriebe 12 und von diesem auf die Radsatzwelle 5 übertragen.
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In 2 ist ein erfindungsgemäßes Radsatzgetriebe 2 dargestellt, sowie eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung. Über die Eingangswelle 4 kann das Antriebsdrehmoment vom Antriebsmotor eingebracht werden und auf die Abtriebswelle, in diesem Fall die Radsatzwelle 5, übertragen werden. Die Radsatzwelle 5 trägt die Schienenräder 10 und ist im Drehgestellrahmen 30 gelagert. Der Antriebsmotor 1 ist über die Kupplung 3, die beispielsweise als Bogenzahnkupplung ausgeführt sein kann, an die Eingangswelle 4 angebunden. Bei Bedarf kann am Antriebsmotor 1 oder zwischen diesem und der Kupplung 3 ein weiteres nicht dargestelltes Getriebe zur Anpassung der Drehzahl vorhanden sein.
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Beispielhaft ist für das Radsatzgetriebe 2 eine Ausführung als einstufiges Getriebe dargestellt. Die Getriebestufe wird vom ersten Zahnrad 6 auf der Eingangswelle und vom weiteren Zahnrad 7 gebildet, welches auf der Radsatzwelle 5 sitzt und welches mit dem ersten Zahnrad 6 im Eingriff steht. Durch diese Getriebestufe wird die Drehzahl von der Eingangswelle 4 auf die Radsatzwelle 5 reduziert. Die Eingangswelle 4 ist im Getriebegehäuse 20 gelagert. Das erste Zahnrad 6 weist erfindungsgemäß eine Beveloid-Verzahnung auf und ist somit als sogenanntes Konuszahnrad ausgeführt. Das weitere Zahnrad 7 ist hier ein Stirnrad, welches dadurch in dieser Paarung eine axiale Freiheit aufweist, ähnlich wie bei einer reinen Stirnrad-Verzahnung nach dem Stand der Technik und das obwohl die Eingangswelle 4 gegenüber der Rotationsachse 5a der Radsatzwelle geneigt ist.
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Erfindungsgemäß könnte auch das erste Zahnrad (6) mit Stirnrad-Verzahnung und stattdessen das weitere Zahnrad (7) mit Beveloid-Verzahnung ausgeführt sein. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung könnten beide Zahnräder (6,7) mit Beveloid-Verzahnung ausgeführt sein. Bei dieser Variante könnte dann ein größerer Winkel α erreicht werden, weil beide Zahnräder zur Schrägstellung beitragen.
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Der Winkel α gibt die Schrägstellung der Eingangswelle 4 und ihrer Rotationsachse 4b gegenüber einer Parallelen 4a zur Rotationsachse 5a der Radsatzwelle an. Der Winkel α liegt erfindungsgemäß in einem Bereich von mindestens 0,5° bis maximal 12°. Dadurch kann der Achsabstand A zwischen der Motorwelle - hier zusammenfallend mit der Rotationsachse 4a - und der Radsatzwelle 5, deren Rotationsachse 5a ebenfalls dargestellt ist, flexibel eingestellt werden. So kann beispielsweise ein größerer Motor eingesetzt werden, auch wenn der Abstand der Zahnrad-Mittelpunkte geringer als der benötigte Achsabstand A ist. Und das, ohne dass das Radsatzgetriebe 2 in seinem Grundaufbau verändert werden muss. Es reicht dafür, allein die Lagerung der Eingangswelle 4 im Getriebegehäuse 20 und die Ausführung des Zahnrades mit Beveloid-Verzahnung - hier der ersten Zahnrades 6 - anzupassen.
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In besonders bevorzugten Ausführungen ist der Winkel α mindestens 1° und/oder maximal 5°. Das reicht aus für genug Anpassbarkeit und bietet dennoch einen guten Eingriff der Verzahnung und einfache Möglichkeiten zur Fertigung.
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Die Motorwelle ist zudem in einer Ebene mit der Radsatzwelle 5. Bei einem Kegelradgetriebe wäre sie dagegen in einer Ebene senkrecht zur Radsatzwelle 5.
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3 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Radsatzgetriebes 2. Die Detailansicht stellt vor allem die Lagerung der Eingangswelle 4 dar, die hier über zwei Stützringe 21, 23 im Getriebegehäuse 20 aufgenommen wird. Die Stützringe 21, 23 weisen jeweils auf ihrer Außenseite zylindrische Flächen auf, die parallel zur Rotationsachse 5a der Radsatzwelle und des weiteren Zahnrades 7 angeordnet sind. Die Innenflächen der Stützringe 21, 23 sind im Winkel α dazu geneigt, so dass die geneigte Eingangswelle 4 mit dem ersten Zahnrad 6 und mit ihren Lagern 25, 26 aufgenommen werden kann. Abgeschlossen wird die Lagerung durch passende Lagerdeckel 22, 24. Aufgrund der zylindrischen Flächen im Getriebegehäuse 20 zur Aufnahme der Stützringe kann es sowohl für Anordnungen nach dem Stand der Technik mit parallelen Wellen als auch mit erfindungsgemäß zueinander geneigten Wellen verwendet werden. Zudem kann es für Anordnungen mit verschiedenem Winkel α eingesetzt werden. Nur die Stützringe 21, 23 und das erste Zahnrad müssen anders ausgeführt werden, um verschiedene Winkel α zu realisieren. Da das Getriebegehäuse 20 meist ein Gussteil ist, lassen sich so erhebliche Kosteneinsparungen durch Reduzierung der Variantenvielfalt und geringere Lieferzeiten erzielen.
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Die Ausführung in 4 stellt eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung mit einem erfindungsgemäßen, zweistufigen Radsatzgetriebe 2' dar. Der Antriebsmotor 1' ist über die Kupplung 3' mit der Eingangswelle 4' verbunden. Die Rotationsachse 4b' der Eingangswelle ist um den Winkel α geneigt gegenüber der Rotationsachse 4a und damit auch gegenüber der Rotationsachse 5a der Radsatzwelle und des darauf befestigten weiteren Zahnrades 7'. Im zweistufigen Radsatzgetriebe 2' steht das erste Zahnrad 6' mit dem Zahnrad 8' auf der Zwischenwelle im Eingriff. Das andere Zahnrad 9' auf der Zwischenwelle steht mit dem weiteren Zahnrad 7' auf der Radsatzwelle im Eingriff. Um die Neigung der Eingangswelle 4' zu ermöglichen, weist das erste Zahnrad 6' eine Beveloid-Verzahnung auf. Alternativ könnte auch das Zahnrad 8' auf der Zwischenwelle mit Beveloid-Verzahnung ausgeführt sein. Weiterhin ist es möglich, dass beide Zahnräder 6' und 8' mit Beveloid-Verzahnung ausgeführt werden. Auch beim zweistufigen Radsatzgetriebe 2' lassen sich die oben genannten Vorteile durch die erfindungsgemäße Ausführung erreichen.
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5 zeigt schematisch das zweistufige Radsatzgetriebe 2' in Schnittdarstellung von der Seite. Auf der Eingangswelle sitzt das erste Zahnrad 6', welches mit dem Zahnrad 8' auf der Zwischenwelle im Eingriff steht. Das andere Zahnrad 9' auf der Zwischenwelle kämmt mit dem weiteren Zahnrad 7' auf der Radsatzwelle 5. Durch die zweistufige Ausführung können größere Übersetzungsverhältnisse zur Reduktion der Drehzahl von der Eingangswelle auf die Radsatzwelle 5 erreicht werden. Das Getriebegehäuse 20' umschließt das Radsatzgetriebe und nimmt die Lagerungen der Wellen auf.
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In 6 ist eine Detaildarstellung der Lagerung der Eingangswelle 4' beim zweistufigen Radsatzgetriebe 2' zu sehen. Die Rotationsachse 4b' der Eingangswelle ist gegenüber der Rotationsachse 4a um den Winkel α geneigt. Das ist möglich, weil das erste Zahnrad 6' auf der Eingangswelle als Konuszahnrad also mit Beveloid-Verzahnung ausgeführt ist. Im hier dargestellten Beispiel wird nur ein Stützring 21' auf der Antriebs-abgewandten Seite eingesetzt. Die Aufnahme des Stützrings 21' mit dem Lager 25' und die Aufnahme des Lagers 26'. Da die Aufnahmeflächen im Getriebegehäuse konzentrisch zur Rotationsachse 4b' ausgeführt werden, müssen sie entsprechend bearbeitet werden, um eine Neigung der Eingangswelle zu ermöglichen. Die Lagerdeckel 24', 25' schließen die Lagerung zur Umgebung ab und fixieren die Wälzlager.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1', 11
- Antriebsmotor
- 2; 2', 12
- Radsatzgetriebe
- 3, 3', 13
- Kupplung
- 4, 4', 14
- Eingangswelle
- 4a, 4a'
- Rotationsachse parallel zur Radsatzwelle
- 4b, 4b'
- Rotationsachse der Eingangswelle
- 5
- Radsatzwelle
- 5a
- Rotationsachse der Radsatzwelle
- 6, 6', 16
- erstes Zahnrad
- 7, 7', 17
- weiteres Zahnrad
- 8'
- Zahnrad auf Zwischenwelle
- 9'
- Zahnrad auf Zwischenwelle
- 10
- Schienenrad
- 20,20'
- Getriebegehäuse
- 21, 21'
- Stützring
- 22, 22'
- Lagerdeckel
- 23
- Stützring
- 24, 24'
- Lagerdeckel
- 25, 25'
- Lager
- 26, 26'
- Lager
- 30
- Drehgestellrahmen
- α
- Winkel
- A
- Achsabstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016213998 A1 [0002]
