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Einzelachsantrieb für Schienenfahrzeuge Die Erfindung betrifft einen
Einzelachsantrieb für Schienenfahrzeuge mit sowohl in der Drehrichtung als auch
gegenüber einer Mittellinienversetzung der Kupplungsflansche nachgiebigen Kupplungselementen
zwischen dem auf einer im Drehgestell- bzw. Fahrzeugrahmen fest angeordneten Hohlwelle
über Wälzlager drehbar gelagerten Großrad und dem Treibrad, wobei der Motor und
das Getriebe in dem gegen die Treibradsätze abgefederten Drehgestell- bzw. Fahrzeugrahmen
fest gelagert sind.
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Gestellmotorantriebe, insbesondere elektromotorische Einzelachsantriebe
für Schienenfahrzeuge, sind in den letzten Jahrzehnten durch verschiedenste Veröffentlichungen
und tatsächlich ausgeführte Bauweisen bekanntgeworden. Unter die hierbei verwendeten
Kupplungen fallen z. B. die verschiedensten gedenk- und kardanartig ausgebildeten
Kupplungen, ferner auch solche mit elastisch nachgiebigen Zwischengliedern, wie
z. B. Blatt- oder Spiralfedern, welche entweder im ganzen Stück die Achse umschließen
oder in längs des Umfangs angeordnete Einzelfederglieder aufgeteilt sind.
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Während solche Kupplungen mit elastischen Zwischengliedern zusätzlich
eine Drehnachgiebigkeit durch meist rein elastische Verformung der Zwischenglieder
(insbesondere erwünscht beim Betrieb mit Einphasenwechselstromkommutatormotoren)
gestatten, wird die Möglichkeit einer radialen Achsversetzung der zu kuppelnden
Wellen durch das Achsfederspiel nicht rein elastisch erreicht, sondern über zusätzliche,
gegenseitig reibende Lagerflächen, so daß theoretisch die Kupplung eigentlich als
gemischt reibungselastisch anzusprechen wäre.
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Kraftschlüssig sich gegeneinander bewegende Reibflächen sind aber
einer betriebsmäßigen Überwachung und Schmierung einerseits und Abnutzung andererseits
unterworfen. Man ersetzt darum derartige Zwischenglieder, sofern dies angängig ist,
gern durch elastisch sich verformende, in ihren Lagern eingespannte Körper. Dabei
ist allerdings notwendig, derartige elastische Glieder nicht nur auf sehr kleinem
Raum, insbesondere zwischen Großrad und Treibrad, zusammenzudrängen, sondern mit
ihnen auch den Anforderungen in bezug auf die relative Beweglichkeit durch Achsversetzungen
gerecht zu werden, die bei maximalem Federspiel der Achsen gegen den Drehgestell-
bzw. Fahrzeugrahmen von etwa ± 25 bis 30 mm bedeutende Werte annehmen können.
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Außerdem sind die zu übertragenden Drehmomente und Kräfte groß, so
daß an das Material der Zwischenglieder hohe Anforderungen bezüglich Elastizität
und Festigkeit gestellt werden, die eine geschickte Formgebung verlangen. Ferner
ist es wünschenswert, solche Zwischenglieder, die auf Grund ihrer hohen Beanspruchung
leicht Beschädigungen ausgesetzt sind, in einfacher Weise auswechseln zu können.
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Dies sowie eine einfachere Herstellungsmöglichkeit führten dazu, solche
Glieder in eine Anzahl Einzelelemente längs des Umfangs aufzulösen und anzuordnen.
Zahlreiche Konstruktionen weisen dementsprechend federnde Zwischenglieder aus Stahl
oder auch aus Gummi oder gummiähnlichem Material für tatzlagerähnliche Motorabstützungen,
wie z. B. bei sogenannten Schwebemotoren, bereits auf.
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Es sind auch schon Kupplungseinrichtungen zwischen dem Fahrzeugrahmen
und der Treibachse von elektrischen Triebfahrzeugen bekannt, bei denen das für die
Abfederung des Rahmens gegenüber der Treibachse erforderliche Bewegungsspiel zwischen
dem im Fahrzeugrahmen gelagerten Antriebsmotor und der Treibachse durch Änderungen
der relativen Lage von zwischengeschalteten elastischen Elementen ermöglicht ist,
die Teile mindestens eines die Treibachse umschließenden metallischen Federkörpers
sind, der einerseits mit einem im Fahrzeugrahmen liegenden weiteren, der Kraftübertragung
dienenden Teiles der Antriebseinrichtung und andererseits mit dem Treibrad in Wirkverbindung
steht. Ein solcher Antrieb weist bereits relativ günstige Eigenschaften in bezug
auf die Elastizität in Umfangsrichtung auf. Die bei einer solchen bekannten Einrichtung
erforderlichen elastischen metallischen Federkörper bedingen aber im praktischen
Betrieb erhebliche Wartungsarbeiten, die wegen der schlechten Zugänglichkeit der
Federkörper nur schwer durchgeführt werden können. Zweifellos wäre auch bei elektrischen
Triebfahrzeugen mit Gestellmotoren die Verwendung von elastischen Elementen aus
Gummi oder gummiähnlichem Material sowohl in betrieblicher Hinsicht als auch mit
Rücksicht auf die Beschaffungskosten wesentlich
vorteilhafter als
der Einbau von metallischen elastischen Elementen wie bei der vorstehend erwähnten
Kupplungseinrichtung.
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Die Verwendung von Gummielementen bei Gestelhnotoren, also bei Fahrmötoren,
die vollkommen im Drehgestell- oder Fahrzeugrahmen eines Triebfahrzeuges gelagert
sind, war aber bisher nicht möglich, weil bei dem erforderlichen, relativ großen
Federspiel der Treibachsen gegenüber dem Drehgestell-bzw. Fahrzeugrahmen, das sich
in der Größenordnung der oben angegebenen Werte bewegt, die Dehnung der erforderlichen
Gummielemente viel zu groß würde, was zu deren Zerstörung führen würde, und weil
außerdem die Walkarbeit in solchen Gummielementen beim Durchfahren schlechter Schienenabschnitte
eine viel zu große Erwärmung dieser Elemente ergeben würde, was ebenfalls zu ihrer
vorzeitigen Zerstörung führen würde. Bisher sind daher nur elastische Kupplungen
mit Metallfedern bzw. metallischen Elementen bei solchen Einzelachsantrieben zur
Anwendung gekommen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die geschilderten Schwierigkeiten
bei den beschriebenen mit elastischen Elementen versehenen Einzelachsantrieben zu
überwinden und den Bau von aus solchen Elementen bestehenden elastischen Kupplungen
zwischen dem Drehgestell- bzw. Fahrzeugrahmen gelagerten Fahrmotor und der Treibachse
zu vereinfachen. Die Erfindung geht von dem eingangs genannten Einzelachsantrieb
aus und besteht darin, daß die Großradlagerung eine axiale Verschiebbarkeit des
Großrades zuläßt und dieses durch die Kupplungselemente seitlich geführt ist, die
in bekannter Weise aus ringförmig verteilt angeordneten, fast nur auf Schub beanspruchten
Einzelelementen aus Gummi oder -einem gummiähnlichen Material bestehen und derart
ausgebildet sind, daß sie von einem von ihnen erzeugten Luftstrom gekühlt werden.
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Die axiale Verschiebbarkeit des Großrades, die z. B. durch seitenverschiebliche
Gleitlager oder durch seitenbewegliche Wälzläger oder Rollenlager, die keine Führungsbunde
aufweisen, erreichbar ist, dient dem Zweck, daß die elastische Verformung der der
Kupplung zwischen dem fest in radialer Richtung im Gestell angeordneten Großrad
und dem auf der Treibachse angeordneten Kupplungsflansch dienenden, aus Gummi bzw.
gummiähnlichem Material bestehenden Elemente in für die Beanspruchung dieser Elemente
tragbaren Grenzen verbleibt. Bei Überschreiten einer bestimmten Beanspruchung ist
das Großrad in der Lage, auf seiner Welle in axialer Richtung nachzudrücken. Die
bei dem Einzelachsantrieb gemäß der Erfindung auftretende, durch die starke Walkbarkeit
der Elemente beim Durchfahren von schlechten Schienenstrecken hervorgerufene Erwärmung
wird durch einen Kühlluftstrom abgeführt, der durch die besondere Ausbildung dieser
Elemente erzeugt wird. Die Temperatur der Elemente- verbleibt damit innerhalb der
zulässigen Grenzen.
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Die Kupplungselemente sind am Umfang derartig im Abstand voneinander
angebracht, daß sie nicht nur leicht auswechselbar sind, sondern daß auch zwischen
ihnen radial verlaufende Luftkanäle entstehen, durch die die aus der Walkarbeit
im Gummi herrührende Wärme sicher von der auf Grund einer Ventilatorwirkung bei
Drehung des Treibrades durch diese Kanäle hindurchstreichenden Luft abgeführt wird.
Eine weitere Verbesserung der Kühlung der elastischen, aus Gummi bestehenden Elemente
wird schließlich dadurch erreicht, daß in den Kupplungsflanschen Kanäle zur verstärkten
Wärmeabfuhr durch den beim Drehen des Kupplungsflansches entstehenden Luftstrom
vorgesehen sind. Zur Verbesserung der Kühlung können im Gummi oder gummiähnlichen
Material der Kupplungselemente noch Kanäle in radialer Richtung vorgesehen werden,
durch die bei Drehung des Treibrades Kühlluft streicht.
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Die Elemente aus Gummi oder gummiähnlichem Material werden, wie bereits
gesagt, sowohl bei Achsversetzungen als auch bei Drehmomentschwankungen nur auf
Schub beansprucht. Für diese Schubbewegungen können die Gummielemente bei den zu
übertragenden großen Kräften und beengten Raumverhältnissen besonders günstig gestaltet
werden. Ihre hohe Nachgiebigkeit in Schubrichtung ist in mehrfacher Beziehung äußerst
vorteilhaft. Mit derartigen Elementen versehene drehelastische Kupplungen gestatten
deren besonders günstige Anwendung bei Einphasenwechselstromkommutatormotoren (Schonung
der Kommutatorsegmente bei hohen Anfahrströmen, Herabminderung des Durchlaßfaktors
und vollständiges Anliegen der Zahnflanken trotz des pulsierenden Wechselstrom-Drehmoments),
ferner bleiben mit solchen Kupplungen aber auch die eine gute weiche Federung nachteilig
beeinflussenden Reaktionskräfte auf den Drehgestell- bzw. Fahrzeugrahmen und 'die
Treibachse beim Durchfedern klein. Im übrigen erlaubt diese Kupplung nicht nur eine
rein parallele Achsverschiebung, sondern auch hinreichende Verschränkungsmöglichkeit
und eine ausreichende Seitenverschiebbarkeit der Treibachse in ihren Achslagerführungen.
Dabei werden die Gummielemente allerdings auch auf Druck und Zug beansprucht und
verhalten sich dann relativ steifer als bei reiner Schubbewegung. Durch die axiale
Beweglichkeit des Großrades bleiben diese an und für sich unerwünschten Kräfte jedoch
sehr klein.
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Unter dem obenerwähnten Ausdruck »Durchlaßfaktor« ist der prozentuale
Anteil von Drehmomentstößen oder Schwingungen zu verstehen, der von den elastischen
Kupplungselementen von der Antriebsseite auf die Abtriebsseite übertragen wird.
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Aus Sicherheitsgründen können am Großrad und am Kupplungsflansch des
Treibrades noch Fanganschläge vorgesehen sein, welche im normalen Betrieb nicht
im Eingriff stehen, aber bei einem Riß der Gummielemente oder deren Überbeanspruchung
den Fahrmotor vor dem Durchgehen schützen bzw. einen Notbetrieb zulassen, indem
sie sich dann gegeneinander anlegen.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die beiden an
jedem Kupplungselement in bekannter Weise anvulkanisierten Metallplatten gegeneinander
geneigt sind, so daß die Kupplungselemente sich in radialer Richtung in ebenfalls
bekannter Weise nach innen verjüngen, wobei die Neigungslinien der beiden Metallplatten
sich etwa auf der Treibachsmitte schneiden. Derartige Anordnungen sind für koaxiale
Kupplungshälften bereits bekannt, um das Gummimaterial bei reiner Drehbewegung der
Kupplungshälften gegeneinander möglichst gleichmäßig zu beanspruchen, weil radial
weiter außen Liegende Flanschteile größere Wege machen als weiter innen liegende.
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In der Zeichnung ist der Einzelachsantrieb gemäß der Erfindung schematisch
dargestellt, wobei die Einzelteile
der Übersichtlichkeit halber
teilweise voneinander getrennt dargestellt sind.
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Es bedeutet 1 die Treibachse, 2 das Treibrad, 4 das Großrad des Getriebes,
das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel über einen Kupplungsflansch 3 mit dem
Treibrad 2 verbunden ist. Zwischen dem Großrad 4 und dem Kupplungsflansch 3 sind
ringförmig verteilt elastische Einzelelemente 5 zwischen geneigten mit ihren Neigungslinien
sich auf oder annähernd auf der Treibachsmitte schneidenden Metallplatten 6 derart
angeordnet, daß sowohl die Drehbewegungen zwischen Großrad 4 und Treibrad 2 als
auch die Achsversetzungen in radialer Richtung zwischen der im Drehgestell- bzw.
Fahrzeugrahmen gelagerten Hohlwelle 7 und der abgefederten Treibachse 1 den Gummi
oder das gummiähnliche Material der Einzelelemente 5 nur auf Schub beanspruchen.
Durch die oben beschriebenen Maßnahmen werden diese Einzelelemente 5 ausreichend
gekühlt. Mit 8 sind die Wälzlager des Großrades 4 auf der Hohlwelle 7 bezeichnet,
die eine axiale Verschiebung des Großrades 4 erlauben. Die seitliche Führung des
Großrades 4 erfolgt dabei über die Kupplungselemente 5, 6. 9 sind Fanganschläge
für den Notbetrieb bei einem Ausfall der elastischen Kupplungselemente 5, 6, und
10 ist der übliche Schutzkasten für das Großrad 4.
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Nach dieser Darlegung der erfindungsgemäßen Anordnung sei nochmals
auf die bereits bekannten Ausführungen hingewiesen.
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Bekannt sind mehrere am Umfang verteilte Gummielemente zur Übertragung
des Drehmoments. Diese werden aber bei Achsversetzungen in der Regel nicht auf Schub,
sondern auf Zug und Druck und höchstens zusätzlich auf Schub beansprucht und sind
daher auf Grund ihrer Dimensionierung gegen eine solche Bewegung verhältnismäßig
unnachgiebig und können auch nicht die volle Bewegung des Federspiels aufnehmen.
Dies geschieht vielmehr zum größten Teil durch eine tatzlagerartige Abstützung des
Motors. Man verzichtet damit also bei den bekannten Anordnungen auf die Vorteile
einer Gestellmotorlagerung. Bekannt ist ferner eine Kupplung eines Gestenmotors
bzw. seines Großrades mit der Antriebsachse mittels eines die Achse allseitig umschließenden
kontinuierlichen Gummiringes aus einem Stück. Dieser Ring wird zwar im wesentlichen
ebenfalls nur auf Schub durch die Dreh- und Versetzungsbewegungen beansprucht, er
bietet aber nicht die Vorteile von Einzelelementen der Erfindung, nämlich einer
leichten Einstellbarkeit und Auswechselbarkeit einzelner beschädigter Teile und
der damit verbundenen erleichterten Überprüfung und Wartung. Ferner besitzt die
bekannte Kupplung keine ausreichende Kühlung und neigt zum Einknicken des Gummiringes.
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Wie erwähnt, ist das gezeigte Ausführungsbeispiel der leichteren Übersicht
halber schematisiert, so daß die tatsächliche Ausführung zweckmäßige Abänderungen
erfahren kann. So kann, um Platz zu sparen, z. B. der auf der Achse getrennt aufgesetzte
Kupplungsflansch unter Umständen mit dem Treibrad vereint werden oder ganz in Wegfall
kommen, indem die Gummielemente zwecks Raumersparnis entweder ins Großrad oder ins
Treibrad oder in beide ganz oder teilweise eingebaut werden. Ein selbständiger Schutz
wird für die Ansprüche 3 und 4 nicht beansprucht. Diese Ansprüche sollen nur in
Verbindung mit Anspruch 1 Geltung besitzen.