DE19506888A1 - Antriebseinheit für elektrische Schienenfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinheit für elektrische Schienenfahrzeuge, wie sie im Oberbegriff des Anspruches 1 näher definiert ist.

Es ist seit langem bekannt, daß - besonders bei schnellfahrenden Fahrzeugen - die Massen unabgefederter Bauteile so gering wie möglich sein sollten, stark zur Schonung des Fahrweges beitragen und auf das Fahrverhalten Einfluß nehmen. Für Hochgeschwindigkeitsfahrzeuge haben sich deshalb allgemein vollabgefederte Antriebe durchgesetzt. In der Regel werden dazu die Fahrmotoren zusammen mit den Zahnradgetrieben in Drehgestellrahmen eingebaut und die Drehmomentübertragung zwischen Getriebe und den ungefederten Radsätzen (Welle mit Rädern) wird so gestaltet, daß Relativbewegungen im Rahmen der Federspiele aufgenommen werden können.

Ein bekannter Antrieb verwendet dazu z. B. einen fest mit dem Drehgestellrahmen verschraubten Fahrmotor, der einen fixierten Hohlwellenkörper trägt, auf dem das Großrad mit Kegelrollenlagern gelagert ist. Das Motorritzel sitzt meist direkt auf der Motorwelle und treibt das Großrad an. Das Drehmoment wird dann allgemein einseitig über flexible Kränze von Gummi- oder Federelementen oder über Gelenke durch eine Hohlwelle auf ein Treibrad übertragen, wobei der Kraftfluß auf das zweite Treibrad über die Radsatzwelle gelangt. Dabei gibt es viele Modifikationen. Die bekannten Lösungen mit Hohlwellenantrieben sind recht aufwendig bezüglich des Fertigungs- und Instandhaltungsaufwandes und benötigen komplizierte Verschleißteile. Die einfachste Lösung bei Antrieben ist der klassische Tatzrollenlagerantrieb, dessen hervorstechendster Nachteil jedoch durch erhebliche Rückwirkungen des hohen Anteils unabgefederten Massenkräfte infolge der direkten, starren Abstützung auf der Radsatzwelle gegeben ist. Diese Rückwirkungen verschlechtern die Fahrdynamik derart, daß Tatzrollenantriebe für höhere Fahrgeschwindigkeiten wenig geeignet sind. Eine Quer- (Y-Beweglichkeit) der Radsatzwelle besteht bei diesen Antrieben nicht.

Zweck der Erfindung ist es, die bekannten vollabgefederten Antriebe in Richtung bekannter unabgefederter Antriebe zu vereinfachen und die Vorteile beider Antriebsarten in einem günstigen Antriebssystem zu kombinieren. Dabei besteht die Aufgabe insbesondere auch darin, durch Quernachgiebigkeit die Massenkräfte bei Tatzlager-ähnlichen Antrieben zu reduzieren.

Diese komplexe Aufgabe wird für ein Antriebssystem der eingangs genannten Art gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Anhand eines schematischen Ausführungsbeispieles wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert.

Die Figur der Zeichnung zeigt einen Antrieb mit integriertem Fahrmotor 1, der nur B-seitig ein komplettes Lagerschild aufweist, dagegen A- seitig in das Getriebe integriert mit diesem zusammengefaßt gelagert ist. Dazu ist der Rotor 2 mit seiner Rotorwelle 2a über eine axial- und winkelmäßig weiche, jedoch radial harte Membrankupplung 3 an eine Ritzelwelle 4 gekuppelt, die in einem starren Getriebehäuse 5 gelagert ist. Für die mit der Ritzelwelle 4 gekuppelte Rotorwelle 2a liegt eine Dreipunktlagerung vor. Das Getriebegehäuse 5 steht in direktem Kraft- und Formschluß (Verschraubung) mit dem Ständergehäuse des Fahrmotors 1 in exakter Lageposition und schließt auch das Großrad 6 mit ein, das von der Ritzelwelle 4 angetrieben wird. Das umlaufende Großrad 6 ist mit einer Nabe 7 verbunden, die im umschließenden starren Getriebegehäuse 5 über außen am Nabenumfang angreifende Rollenlager 8 abgestützt ist und als Hohlwellenstummel die Welle 9 des Radsatzes 10/10a mit definiert radialem Spiel umgibt. Die Räder 10, 10a sind als Scheibenräder zur Massenreduzierung ausgeführt. Die im Getriebegehäuse 5 gelagerte Nabe 7 ist mit dem Rad 10 über eine vorzugsweise fettgeschmierte Bogenzahnkupplung 11 zentriert verbunden, deren Hälften 11a und 11b gegeneinander winkelbeweglich sind und ein Drehmoment übertragendes Gelenk ohne Radialversatz jedoch axialer Beweglichkeit darstellen. Die radseitige Kupplungshälfte 11a ist hier als Kupplungshülse mit innerer gerader Verzahnung ausgebildet und über einen Kupplungsträger mit der Innenflanke des Scheibenrades 10 verbunden. Die nabenseitige Kupplungshälfte 11b weist eine bogenförmige Außenverzahnung auf und ist ebenfalls über einen Kupplungsträger mit der Nabe 7 verbunden. Das Kupplungssystem dient als Gelenk der Antriebseinheit, wobei über den Beugepunkt Y sämtliche Bewegungen des Radsatzes übernommen werden.

Mit 12 ist noch ein Lufteintrittsstutzen für eine A-seitige Motorbelüftung bezeichnet. Bei diesem Antrieb sind weiterhin bewährte Konstruktionselemente, wie eine Ölschmierung der Großradlagerung (8) und eine berührungslose Labyrinthdichtung (13) zwischen Nabe 7 und Getriebegehäuse 5 vorgesehen. Das starre ungeteilte Getriebegehäuse 5 weist weiterhin eine untere, hier nicht sichtbare, angeflanschte Ölwanne auf, die nach Abbau eine Gehäuseöffnung freigibt, die für Montagearbeiten am Großrad 6 und/oder eines Zwischenrades (z. B. für Bremsscheibeneinsatz) dient.

Den geeigneten, bereits eingangs erwähnten Aufhängepunkt X für den Fahrmotor 1 erhält man aus einer Verlängerung einer Verbindungsgeraden zwischen zwei Festpunkten, von denen der eine durch den zentralen Beugepunkt Y in der Kupplung 11 festliegt und der andere Festpunkt der Gesamtschwerpunkt Z des Antriebssystems, einschließlich Fahrmotor 1 ist. Noch freie Massenkräfte können über die Steifigkeit der Drehgestellaufhängung und/oder eine zusätzliche Wankstütze aufgefangen werden. Durch die Erfindung ergibt sich eine neuartige Antriebseinheit mit der Einfachheit eines Tatzlagerantriebes, mit dem man wesentlich verbesserte Fahreigenschaften erreicht. Dadurch, daß sich die Radsatzwelle 9 in y-Richtung (d. h. quer zur Fahrtrichtung) in bestimmter Größe verschieben kann (axiale Beweglichkeit der Kupplung), werden Rückwirkungen der Fahrmotormasse auf die Führungskräfte des Rades ausgeschaltet. Ebenso werden Querbeschleunigungen des Rades bei Bogenfahrt oder Sinuslauf im Gleis nur noch bis zur Kupplungshälfte 11a weitergegeben, was Spurkranz- und Schienenverschleiß vermindert. Als unabgefederte Masse verbleibt bei Querbewegungen nur noch der Radsatz mit anteiliger Bogenzahnkupplungshälfte 11a. Bei Vertikaleinfederungen der Räder kommt eine verringerte Mitnahme der Motormasse positiv hinzu. Beim linken Rad 10 ergibt sich eine definierte Schwenkbewegung um den Beugepunkt Y, ohne jegliche Belastung durch die Motormasse. Beim rechten Rad 10a reduziert sich der Anteil der Motormasse durch den langen Hebelarm der Radsatzwelle 9.

Weitere Vorteile ergeben sich bei der Montage des Radsatzes 10/10a. Einerseits ist die Radsatzwelle 9 mit Rad 10 einschließlich vormontierter Kupplungshülse (Kupplungshälfte 11a) durch die Getriebe- Hohlwelle, d. h. durch die Nabe 7 zu fädeln. Andererseits ist nur noch das Scheibenrad 10a aufzuziehen, bis die Verzahnungen beider Kupplungshälften 11a und 11b in Eingriff kommen. Es entfallen zusätzliche aufwendige Montagen, wie z. B. das Aufpressen von Großrad, Lagern und anderen Bauteilen.

Anstelle der beschriebenen Bogenzahnkupplung sind auch Anwendungen gleichartig wirkender Kupplungssysteme denkbar.

Die Nabe 7 als Getriebehauptwelle kann auch leicht mit einem Bremsscheibenträger gekoppelt werden. Bei einer Ausführung mit Bremsscheiben kommt ein Zwischenradgetriebe zur Anwendung. Ein wesentlicher Vorteil bei einer Ausstattung des Antriebes mit Bremsscheiben besteht darin, daß zum Ersatz verschlissener Bremsscheiben nicht der Ausbau des Getriebes erforderlich wird, sondern daß es lediglich der Demontage des Radsatzes und der Bremsscheibe vom Bremsscheibenträger bedarf.

Claims (9)

1. Antriebseinheit für elektrische Schienenfahrzeuge, mit einem elektrischen Fahrmotor, einem mechanischen Getriebe, bestehend aus Ritzelwelle und Großrad und einem Radsatzantrieb unter Verwendung einer eine Hohlwelle durchgreifenden Radsatzwelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (7) des vom Fahrmotor (1) über die Ritzelwelle (4) angetriebenen Großrades (6) eine auf die Größe eines Hohlwellenstummels reduzierte Getriebe-Hohlwelle bildet, die auf einer Seite der Radsatzwelle (9) angeordnet ist und diese mit definiertem Abstand (Spiel) umgreift, und daß von der Nabe (7) - unter Zwischenschaltung eines als Aufstands- und Gelenkpunkt (Y) dienenden Kupplungssystems, das - radial starr - Quer- und Winkelbewegungen zuläßt, eine Übertragung des Motordrehmoments über die Flanke eines der Räder (z. B. 10) des Radsatzes (10, 10a) erfolgt.

2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Nabe (7) des Großrades (6) innerhalb eines umschließenden starren Getriebegehäuses (5) für das Großrad (6) und die Ritzelwelle (4) beidseitig gelagert (8) ist, und daß das Getriebegehäuse (5) seinerseits kraft- und formschlüssig in exakter Lageposition mit dem Ständergehäuse des Fahrmotors (1) verbunden ist.

3. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kupplungssystem eine Bogenzahnkupplung (11) Verwendung findet, von der die eine Hälfte, vorzugsweise die nabenseitige Kupplungshälfte (11b) mit einer Außenverzahnung in die andere, vorzugsweise radseitige mit einer Innenverzahnung versehene und als Kupplungshülse ausgebildete Kupplungshälfte (11a) eingreift und daß beide Kupplungshälften (11a bzw. 11b) jeweils fest, aber lösbar mit ihren Antriebsteilen (10 bzw. 7) über Kupplungsträger verbunden sind.

4. Antriebseinheit nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrmotor (1) über einen allseitig elastischen Aufhängepunkt (X) am Drehgestellrahmen abgestützt ist.

5. Antriebseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufhängepunkt (X) aus der Verlängerung einer Verbindungsgeraden zwischen zwei Festpunkten bestimmbar ist, von denen der eine durch den zentralen Beugepunkt (Y) der Kupplung (11) und der andere durch den Gesamtschwerpunkt (Z) des Antriebssystems, einschließlich Fahrmotor (1) gebildet wird.

6. Antriebseinheit nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß freie Massenkräfte über die Steifigkeit der Drehgestellaufhängung und/oder eine zusätzliche Wankstütze aufgefangen werden.

7. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Scheibenräder (10, 10a) Verwendung finden und die radseitige Kupplungshälfte (Hülse 11a) durch Verschraubung mit der Innenflanke des Scheibenrades (10) verbunden ist.

8. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Getriebegehäuse (5) die Ritzelwelle (4) beidseitig gelagert und in diese Lagerung die Motorwellenlagerung A-seitig unter Zwischenschaltung einer Membrankupplung (3) integrierend mit einbezogen ist.

9. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein ungeteiltes Getriebegehäuse (5) Verwendung findet, bei dem eine Montage von Großrad (6) und/oder eines Zwischenrades über eine untere, nach Abbau einer angeflanschten Ölwanne freiwerdende Gehäuseöffnung möglich ist.