DE1525037B2 - Gefedertes grossrad - Google Patents

Description

sich schon nach kurzer Zeit erheblich vergrößert. Außerdem unterliegen bei allen Konstruktionen auch die Metallpilze und Führungsstücke der Federungselemente einem beträchtlichen Verschleiß.

Es ist- fernerhin ein weiteres Zahnrad mit gegenüber der Nabe elastisch abgefedertem Zahnkranz bekannt, bei dem zwischen diesem und der Nabe eine ballige Führung vorgesehen ist, durch die der Zahnkranz gegenüber der Nabe sowohl in Umfangsrichtung als auch rechtwinkelig dazu verstellbar ist (deutsche Auslegeschrift 1 038 086).

Die Kraftübertragung zwischen Zahnrad und Nabe erfolgt dabei über elastische Gummielemente, die am größtmöglichen Durchmesser angeordnet sind. Da sich durch diese Gummielemente keine axiale und radiale Führung ergibt, ist eine ballig hinterdrehte Scheibennabe vorgesehen, auf der sich der ebenfalls ballig ausgeführte Teil der Nabe abstützt. Da der ballig hinterdrehte Teil der Nabe gegenüber dem ballig ausgeführten Teil der Nabe Relativbewegungen ausführen muß, ist bei dieser bekannten Anordnung eine Schmierung notwendig und trotz dieser nicht vermeidbar, daß eine Abnutzung zwischen diesen beiden Teilen stattfindet.

Bei einem gefederten Großrad nach dem bekannten Ausgangspunkt der Erfindung (britische Patentschrift 689 638) gestattet die V-förmige Gummischicht keine kardanische Einstellung des Zahnkranzes gegenüber der Nabe. Fernerhin tritt bei großen Beanspruchungen eine radiale Einfederung ein, die zu Änderungen in den Eingriffsverhältnissen zwischen Ritzel und Großrad führen kann.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, zusätzlich zu einer Umfangsfederung zur Erzielung einer gleichmäßigen Lastverteilung an den Zähnen des Getriebes eine gewisse kardanische Bewegung des Zahnkranzes des Großrades zu ermöglichen und die radiale Beweglichkeit des Zahnkranzes bei Überlastung zu begrenzen, wobei keinerlei Verschleißteile vorhanden sein sollen.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kann die Verzahnung ohne Lastschliff ausgeführt werden und ein, oftmals aus Geräuschgründen erwünschter, kleiner Modul gewählt werden. Der Federweg soll in Umfangsrichtung groß, jedoch in radialer Richtung relativ klein sein.

Es ergibt sich durch die dachförmige Anordnung der Gummischicht bei der Anordnung nach der Erfindung eine kardanische Beweglichkeit des Zahnkranzes gegenüber der Nabe, wodurch sich eine verbesserte Lastverteilung in der Verzahnung der beiden Getrieberäder ergibt. Die nicht zulässigen Einfederungen sind bei der neuen Anordnung durch die Nasen und Stelzen bzw. Rollen, die eine zu starke Einfederung des Zahnkranzes gegenüber der Nabe ausschließen, vermieden. Die Stelzen bzw. Rollen wälzen sich im Berührungsfalle metallisch auf dem Inneren des Großradzahnkranzes ab. Bei der Verwendung von Anschlägen müssen diese bei der geschilderten Überbeanspruchung gleiten. Bei normaler Drehmomentbelastung treten die Stelzen oder Anschläge nicht in Funktion; es findet also keine metallische Berührung zwischen Großradkranz und Großradkörper statt, so daß ein Verschleiß nicht auftritt. Die Verwendung von gummielastischen Schichten zwischen zwei konzentrisch angeordneten Flächen von in radialer Richtung geteilten Radkränzen von Schienenfahrzeugen ist bereits aus der VDI-Zeitschrift 1957, S. 1058 bekannt. Die Schicht, die auch unter dem Namen »Gummiringfeder« bekannt ist, besitzt dort jedoch eine im Querschnitt V-förmige Form. Eine Gummischicht mit dieser Formgebung gestattet jedoch keine kardanische Bewegung zwischen Nabe und Radkranz. Eine gummielastische Zwischenschicht mit Dachneigung ist bei Eisenbahnrädern bekanntgeworden (deutschen Auslegeschrift 1183115); die dort unschädliche radiale Einfederung würde bei gefederten Großzahnrädern unzuträgliche Eingriffsverhältnisse zur Folge haben.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den eingangs abgedruckten Unteransprüchen beschrieben. Es sei noch gesagt, daß bei Einbau einer geschlossenen Gummiringfeder zwischen Großradzahnkranz und Großradkörper diese zweckmäßigerweise so ausgelegt ist, daß bei der erforderlichen Umfangselastizität die radiale Einfederung bei Drehmomentbelastung nicht mehr als 0,2 bis 0,3 mm beträgt. Bei Verwendung einer dachförmigen Gummiringfeder kann eine radiale Vorspannung innerhalb der Gummischicht durch axiale Verschiebung der beiden Federhälften zueinander auf einfache Weise herbeigeführt werden.

Die Höhe der Gummischicht der Gummiringfeder ist im weitesten Sinne maßgebend für die Umfangselastizität. Für manche Fälle ist eine große Umfangselastizität erforderlich, so daß eine große Gummihöhe der Gummiringfeder benötigt wird. Mit dieser Vergrößerung der Gummihöhe ist jedoch gleichlaufend auch eine Vergrößerung der radialen Elastizität dieser Feder gegeben. Diese läßt sich durch die Verwendung einer Gummiringfeder, welche mehrlagig ausgeführt ist, bzw. bei welcher metallische Zwischenringe einvulkanisiert sind, vermeiden.

Die Auslegung von Getrieben bei Schienen-Triebfahrzeugen erfolgt meist für ein maximales Drehmoment, das für die Festigkeit der Antriebselemente maßgebend ist, das jedoch nur selten auftritt, wie z.B. beim Fangen eines schleudernden Radsatzes durch Sandung. Dieser Fall ist jedoch kein normaler Betriebszustand. In diesem Fall verhindern die Stelzen — wie bereits oben ausgeführt — beim Anmeldungsgegenstand eine stärkere Einfederung des Zahnkranzes als etwa 0,3 mm.

Für die Lebensdauerberechnung der Getriebeteile sind die normalen Drehmomentbelastungen maßgebend, welche aus den maximalen Beschleunigungen und Verzögerungen des Fahrzeuges resultieren.

Diese normalen Drehmomente liegen in der Größenordnung, welche einem Reibwert zwischen Rad und Schiene von 0,2 bis 0,3 entsprechen, während die kurzzeitig möglichen maximalen Beanspruchungen der Getriebeteile einem Reibwert zwischen Rad und Schiene von 0,6 bis 0,7 entsprechen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und im folgenden näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 einen Schnitt in axialer Richtung durch ein Großrad nach der Erfindung,

F i g. 2 ebenfalls einen Schnitt in axialer Richtung durch ein Großrad nach der Erfindung mit eingelegten Stelzen,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie A-B der F i g. 2 und

F i g. 4 ein Großrad entsprechend F i g. 3 im belasteten Zustand.
In den Zeichnungen ist mit 1 der Großradzahn-

kranz, mit 2 der Großradkörper und mit 3 die aus einem gummielastischen Material bestehende Ringfeder bezeichnet. Weiter ist mit 4 ein zwischen dem Großradzahnkranz und der Ringfeder angeordneter Zwischenring und mit 5 ein zwischen Großradkörper und Ringfeder angeordneter Zwischenring bezeichnet. Im Ausführungsbeispiel ist der Großradzahnkranz 1 geteilt ausgeführt, und der ebenfalls geteilt ausgeführte Zwischenring 4 ist mit seinem äußeren Teil in einer in die Innenseite des Großradzahnkranzes 1 eingedrehte Ringnut zentriert. Der Zwischenring 5 ist ebenfalls geteilt ausgeführt. Die sich gegenüberliegenden Innenflächen 10 bzw. Außenflächen 11 der Zwischenringe 4 bzw. 5 sind im Ausführungsbeispiel V-förmig ausgebildet. Der zwischen diesen beiden Flächen 10, 11 befindliche Raum ist bei der Ausführung nach F i g. 1 von den beiden Ringen der Ringfeder 3 ausgefüllt.

Bei dem Großrad nach F i g. 2 ist die Ringfeder 3 mehrlagig ausgeführt und ebenfalls in axialer Riehtung in zwei Ringe 3 unterteilt. Die beiden Ringe 3 füllen den Raum zwischen den Flächen 10, 11 der Zwischenringe 4, 5 jedoch nicht ganz aus, so daß ein Hohlraumö entsteht. In diesem Hohlraum 6 sind Stelzen 7 in radialer Richtung angeordnet, deren Abmessungen in radialer Richtung kleiner sind als der Abstand der beiden Zwischenringe 4 und 5. An den Innenflächen des Zwischenringes 4 und an den Außenflächen des Zwischenringes 5 sind Nasen 8 bzw. 9 vorgesehen, zwischen denen die Stelzen 7 oder Rollen in Umfangsrichtung geführt sind. Der tangentiale Abstand zweier je eine Stelze 7 einschließenden Nasen 8,9 ist jeweils größer, als die Abmessungen

ίο der Stelzen 7 oder Rollen in tangentialer Richtung. Dies ist notwendig, um die Beweglichkeit der beiden Zwischenringe 4 und 5 in Umfangsrichtung gegeneinander nicht zu behindern. Die den Innen- bzw. Außenflächen der Zwischenringe 4 bzw. 5 zugewandten Flächen und Stelzen 7 sind abgerundet, so daß sie sich bei einer Durchfederung des Großradzahnkranzes 1 gegenüber dem Großradkörper 2 auf den Flächen 10 bzw. 11 der Zwischenringe 4,5 abwälzen können, wenn eine Durchfederung des Großradzahn-

ao kranzes 1 gegenüber dem Großradkranz 2 bei einem das Betriebsdrehmoment des Getriebes wesentlich überschreitenden Drehmomentes erfolgt. Für einen solchen Beanspruchungsfall ist die Lage der Stelzen 7 in der F i g. 4 dargestellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 Patentansprüche- an der Motorwelle, muß ein umfanggefedertes Großrad vorgesehen werden. Es ist auch mit Rück-

1. Gefedertes Großrad für Zahnradgetriebe, sieht auf den Kommutator notwendig, daß eine reinsbesondere für das Getriebe zu einem Tatz- lativ große Umfangselastizität vorhanden ist. Der lagermotor eines Schienentriebfahrzeuges, wobei 5 Rotor soll sich bei solchen Motoren bei einer Aninnerhalb des Großradzahnkranzes konzentrisch fahrt aus dem Stillstand um die Breite mehrerer

zu diesem ein mit der Radnabe verbundener, ge- Kommutatorlamellen verdrehen können, bevor sich

teilter Zwischenring vorgesehen ist und die In- das Triebfahrzeug zu bewegen beginnt. In einem sol-

nenfläche des Großradzahnkranzes und die chen Falle müßte die Ringfeder eine solche Stärke

Außenfläche des Zwischenringes jeweils in glei- io aufweisen, daß sich bei den Betriebszuständen, bei

eher Richtung mit gleichbleibendem Abstand ge- denen ein Mehrfaches des Drehmomentes auftritt,

neigt zueinander verlaufen, wobei die Neigung in eine größere radiale Durchfederung des Großradder Mittelebene durch, das Großrad in die entge-' ' Zahnkranzes ergeben würde.

gengesetzte Richtung wechselt und zwischen die- Weiter findet beim senkrechten Durchfedem des sen Flächen eine gummielastische Schicht an- 15 Radsatzes eines Tatzlager-Motorantriebes und kraftgeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, schlüssiger Verbindung des Rades mit der Schiene daß der Durchmesser der gummielastischen immer eine zusätzliche Verdrehung der Motorwelle Schicht in der Mitte größer ist als an der Außen- statt. Da die vertikale Bewegung des Radsatzes mit seite und daß zwischen den beiden Flächen von sehr großen Beschleunigungen erfolgt bis zu 20 g Großradzahnkranz bzw. Zwischenring ein ring- 20 = 200 m/sec²), sind die sich der normalen Bewegung förmiger Hohlraum (6) vorgesehen ist, in dem der Motorwelle überlagernden, aus der vertikalen mehrere in Umfangsrichtung durch Nasen (8, 9) Bewegung des Radsatzes resultierenden Drehbegegen Kippen gesicherte Stelzen (7) bzw. Rollen schleunigungen so groß, daß sehr große zusätzliche eingelegt oder Anschläge vorgesehen sind, deren Beanspruchungen auf die Verzahnung und an die Höhe geringer ist als der radiale Abstand zwi- 25 Getriebelagerungen einwirken. Durch eine Umfangsschen der Innenfläche des Großradzahnkranzes federung können diese Beanspruchungen verringert (1) und der äußeren Fläche des Zwischenringes werden.

(5) im unbelasteten Zustand. Bei Zahnradgetrieben kann das Verhältnis der .

2. Großrad nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Breite des Zahnrades zum Modul der Verzahnung zeichnet, daß die dem Großradzahnkranz (1) 30 unterschiedliche Werte besitzen. Diese Werte sind bzw. dem Großradkörper (2) zugewandten Flä- abhängig vom Anwendungsfall, von der Art der Lachen der Stelzen (7) abgerundet sind. gerung der Wellen, der Durchbiegung und Federung

3. Großrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch der Zahnradwellen, der Fundamentierung des Getriegekennzeichnet, daß die Stelzen (7) bzw. Rollen . bes, also der Gesamtelastizität der Konstruktion. Ein in einer den Hohlraum (6) zwischen Roßradzahn- 35 im Verhältnis zum Modul der Verzahnung breites kranz (1) und Großradkörper (2) ausfüllenden Zahnrad bedarf einer unelastischen Gesamtkonstruk-Schicht aus einem gummielastischen Material tion, um eine möglichst gleichmäßige Flächenpreseingeschlossen, z. B. einvulkanisiert sind. sung über die Zahnradbreite zu gewährleisten. Bei

4. Großrad nach Anspruch 1, dadurch gekenn- elastisch fundamentierten Getrieben, wie z.B. bei im zeichnet, daß die Gummiringfeder (3) mehrlagig 4° Bahnantrieb meist fliegend gelagerten Ritzel, muß ausgeführt ist. daher die Verzahnung häufig mit Lastschliff ausge-

5. Großrad nach Anspruch 4, dadurch gekenn- . führt werden, um bei Belastung durch ein Drehmozeichnet, daß zwischen den einzelnen Schichten ment eine gleichmäßige Flächenpressung in der Verder Gummiringfeder Metallringe angeordnet zahnung zu erhalten.

sind, die mit den Gummiringen durch Vulkanisie- 45 Es sind bereits umfanggefederte Großräder in ren verbunden sind. zahlreichen Ausführungen bekannt. Die Federung ist

6. Großrad nach Anspruch 1, dadurch gekenn- meist so eingebaut, daß sich der Zahnkranz gegenzeichnet, daß innerhalb des Großradzahnkranzes über der Großradnabe in Umfangsrichtung bei Dreh-(1) ein weiterer, aus zwei Teilringen bestehender momentbelastung verschieben kann. Die Größe der Zwischenring (4) angeordnet ist, dessen Flächenrisp hierbei erzielbaren Umfangselastizität richtet sich zueinander geneigt verlaufen. nach der Konstruktion und dem Schwingungsverhalten des Gesamtsystems. Bekannte Umfangsfederun-

gen innerhalb des Großrades von Bahnantrieben sind

bisher mit Metallfedern (Sachs »Elektrische Trieb-

■·, _:<:.-■,;. : 55 fahrzeuge«, Frauenfeld, 1953, S. 240, Abb. 273) oder

Bei von Tatzlagermotoren angetriebenen elektri- mit Gummimetallblöcke (Sachs, S. 237, Abb. 271) sehen Triebfahrzeugen ist es zweckmäßig, zwischen ausgeführt worden. Als Metallfedern werden Spiral-Motorwelle und Radsatz eine Umfangsfederung vor- federn oder auch Tellerfedern angewendet. Die TeI-zusehen. Eine Umfangsfederung ist aus verschiede- lerfedern lagern meistens in Metallpilzen, welche sich nen Gründen erwünscht. Bei manchen elektromotor!- ⁶<> innerhalb des Großrades und Zahnkörpers so drehen sehen Antrieben, z.B. durch Einphasenwechsel- können, daß sie eine axiale Führung der Federn gestrommotoren, pulsiert das Antriebsdrehmoment in währleisten. Bei solchen bekannten Ausführungen ist einer solchen Größenordnung, daß ein Abheben der jedoch der Zahnkranz mittels eines Gleitsitzes unmit-Zahnflanken der Zahnräder des Getriebes stattfindet telbar auf der Zahnradnabe gelagert (Triebwagen und dieses klopfende Geräusch von sich gibt. Um 65 ET 30 der Deutschen Bundesbahn). Trotz einwanddies zu vermeiden, und auch um den sogenannten freier Schmierung dieser Gleitsitze läßt es sich nicht Durchlaßfaktor zu verringern, d. h. um die Drehmo- vermeiden, daß in der Praxis das ursprünglich vormentschwankung am Radsatz geringer zu halten als handene Spiel dieses Gleitsitzes von etwa 0.2 mm