DE1152724B - Einzelachsantrieb fuer Schienenfahrzeuge - Google Patents

Einzelachsantrieb fuer Schienenfahrzeuge

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DE1152724B
DE1152724B DEB39670A DEB0039670A DE1152724B DE 1152724 B DE1152724 B DE 1152724B DE B39670 A DEB39670 A DE B39670A DE B0039670 A DEB0039670 A DE B0039670A DE 1152724 B DE1152724 B DE 1152724B
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Germany
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rubber
coupling elements
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axle drive
coupling
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DEB39670A
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English (en)
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Dipl-Ing Karl Geistert
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BBC Brown Boveri France SA
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BBC Brown Boveri France SA
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61CLOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C9/00Locomotives or motor railcars characterised by the type of transmission system used; Transmission systems specially adapted for locomotives or motor railcars
    • B61C9/38Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion
    • B61C9/44Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion with hollow transmission shaft concentric with wheel axis

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In der Zeichnung ist der Einzelachsantrieb gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, wobei die Einzelteile der Übersichtlichkeit halber teilweise voneinander getrennt dargestellt sind.
  • 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.
  • Nach dieser Darlegung der erfindungsgemäßen Anordnung sei nochmals auf die bereits bekannten Ausführungen hingewiesen.
  • 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.
  • 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.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. 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 Treibsätze abgefederten Drehgestell- bzw. Fahrzeugrahmen fest gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Großradlagerung eine axiale Verschiebbarkeit des Großrades (4) zul'äßt und dieses durch die Kupplungselemente seitlich geführt ist, die in bekannter Weise aus ringförmig verteilt angeordneten, fast nur auf Schub beanspruchten Einzelelementen (5) aus Gummi oder einem gummiähnlichen Material bestehen und derart ausgebildet sind, daß sie von einem von ihnen erzeugten Luftstrom gekühlt werden.
  2. 2. Einzelachsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden, jedem Einzelelement (5) in bekannter Weise anvulkanisierten Metallplatten (6) gegeneinander geneigt sind, so daß die Kupplungselemente (5, 6) sich in radialer Richtung in ebenfalls bekannter Weise nach innen verjüngen, wobei die Neigungslinien der beiden Metallplatten (6) sich etwa auf der Treibachsmitte schneiden.
  3. 3. Einzelachsantrieb nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Großrad (4) und der Treibachse (1) Fanganschläge (9) vorgesehen sind, die im Fahrbetrieb einander nicht berühren und erst bei überbeanspruchung oder beim Versagen der Kupplungselemente (5, 6) gegeneinander zur Anlage kommen.
  4. 4. Einzelachsantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kupplungselementen (5, 6) radial verlaufende Luftkanäle vorgesehen sind, durch die auf Grund der Ventilatorwirkung beim Drehen Kühlluft streicht.
  5. 5. Einzelachsantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Ventilatorwirkung zusätzliche Kanäle in den Kupplungsflanschen (3) vorgesehen sind.
  6. 6. Einzelachsantrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet; daß im Gummi oder dem gummiähnlichen Material der Kupplungselemente (5, 6) radial verlaufende Kanäle angeordnet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 842 955; deutsche Auslegeschrift Sch 10951 II / 20 b (bekanntgemacht am 22. 3. 1956); österreichische Patentschriften Nr. 170 961, 173 477; schweizerische Patentschriften Nr. 230 618, 235 427, 237119, 247 910, 276 896, 291979.
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