DE19602119C1 - Einzelradantrieb für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug - Google Patents

Description

Aus der DE-GM 18 67 293 ist ein Einzelradantrieb für ein elek­ trisch angetriebenes Fahrzeug bekannt, bei dem der Rotor des Motors sein Drehmoment über eine Koppelungseinrichtung und ein Getriebe zum Treibrad überträgt. Die aus einem vorragen­ den Steg an der Stirnseite der Rotorwelle und einem Quer­ schlitz am zugewandten Wellenende des Getriebes bestehende Koppelungseinrichtung ist durch axiale Relativverschiebung der beiden Wellen lösbar.

Aus der WO 93/09989 ist ein Einzelradantrieb für ein elek­ trisch angetriebenes Fahrzeug bekannt, bei dem sich ein er­ stes Fahrwerksteil über eine Primärfederung an einem ungefe­ derten oder zum Teil ungefederten zweiten Fahrwerksteil ab­ stützt.

Gegenstand der DE 44 45 407 C1 (ältere Anmeldung) ist ein Einzelradantrieb für Schienenfahrzeuge, bei dem ein Motor mit seinem Stator an einem ersten Fahrwerksteil befestigt ist und bei dem sich das erste Fahrwerksteil über eine Primärfederung an einem ungefederten zweiten Fahrwerksteil abstützt, auf dem das Einzelrad drehbar gelagert ist, wobei der Rotor des Motors sein Drehmoment über eine Kopplungseinrichtung überträgt, deren radiale Beweglichkeit größer ist als der Fe­ derweg der Primärfederung. Bei einem derartigen Einzelradan­ trieb, der insbesondere für elektrisch angetriebene Schie­ nenfahrzeuge geeignet ist, ist der Anteil an ungefederten Massen gering. Bei diesem gegen zwei Fahrwerksteile abgefe­ derten Radnabenantrieb ist für die Anordnung des Motors eine besondere Treibradkonstruktion erforderlich. Der Motoraufbau bedingt ferner eine relativ große axiale Baulänge des gesam­ ten Antriebsaggregates mit separater Bremsscheibe und erfor­ dert große Radlager.

Bei Niederflurschienenfahrzeugen, wie sie die Stadtwerke in Wien einsetzen, ist ein Antrieb mit einem senkrecht stehenden Elektromotor und mit einem Kegelradgetriebe zur Treibradachse vorgesehen. Nachteilig dabei ist das hohe Gewicht eines sol­ chen Antriebsaggregates, der durch das Kegelradgetriebe be­ dingte geringere Wirkungsgrad in der Kraftübertragung und die vergleichsweise geringe Lebensdauer des Kegelradgetriebes. Außerdem ist wegen der seitlichen Anbringung des Motors neben dem Treibrad eine besondere Ausgestaltung des Fahrzeug-Lichtraumprofiles erforderlich.

Gegenstand der älteren deutschen Patentanmeldung 195 31 956.7 ist ein Einzelradantrieb, insbesondere für Niederflurschie­ nenfahrzeuge, wobei das Antriebsaggregat axial neben dem Treibrad, zwischen Treibrad und der Wagenkastenaußenwand, an­ geordnet ist. Hierbei ist vorgesehen, daß der auf einer Hohl­ welle sitzende Rotor des Motors über ein Planetengetriebe eine durch die Hohlwelle geführte Antriebswelle antreibt, daß dem dem Treibrad des Fahrzeuges zugewandten Ende der An­ triebswelle eine elastische Kupplung zugeordnet ist, wobei die elastische Kupplung das Drehmoment des Motors auf das Treibrad überträgt, und daß das Antriebsaggregat gegen ein Fahrwerksteil abgefedert gehalten ist. Nach diesem Vorschlag muß die Kupplung das hochübersetzte Raddrehmoment übertragen und ist deshalb entsprechend groß zu dimensionieren. Auch diese Treibrad-Kupplung-Antriebsaggregat-Anordnung bedingt noch eine axiale Baulänge, die nur schwierig innerhalb des Wagenkastenprofils bei Niederflurschienenfahrzeugen, z. B. Straßenbahnfahrzeugen, unterbringbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Einzelradantrieb für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, insbesondere Niederflur­ schienenfahrzeuge, zu schaffen, der sich durch besonders ge­ ringe Abmessungen auszeichnet, wobei der Großteil der Massen des Antriebs und dabei der Fahrmotor voll abgefedert ist, so daß nur geringe Reaktionskräfte durch den Ein- oder Ausfede­ rungsvorgang auf den Fahrmotor und dessen Aufhängung im Fahrwerk einwirken.

Bei dem Einzelradantrieb nach der Erfindung ist ein Fahrwerk über eine Primärfeder an einer stehenden Achse abgestützt, wobei ein Innenläufer-Motor mit seinem Stator am Fahrwerk be­ festigt ist, wobei ein Treibrad an einem stehenden Träger drehbar gelagert ist, wobei der Rotor des Motors sein Drehmo­ ment über eine winkel- und axial-nachgiebige Koppelungsein­ richtung, eine Kupplungswelle, eine Getriebewelle und ein Ge­ triebe zum Treibrad überträgt und wobei der Motor auf der ei­ nen Seite und das Getriebe auf der anderen Seite des Treibra­ des vorgesehen ist.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 23.

Beim erfindungsgemäßen Einzelradantrieb, der sich gegenüber den älteren Vorschlägen durch eine kompaktere und leichtere Bauart auszeichnet, ist der Großteil der Massen des Antrie­ bes, insbesondere der Motor, voll abgefedert. Reaktionskräfte beim Ein- und Ausfederungsvorgang haben dabei nur geringe Auswirkungen auf den Fahrmotor und dessen Aufhängung im Fahr­ werk. Da die Kupplungsteile, z. B. Bogenzahnkupplungen, ledig­ lich das Motordrehmoment und nicht das hochübersetzte Rad­ drehmoment zu übertragen haben, ist eine kompaktere und leichtere Bauart möglich. Da das Antriebsaggregat mit Kupp­ lung und Getriebe zu beiden Seiten des Treibrades in einer axial sehr kurzen Bauform ausgeführt ist, eignet sich der Einzelradantrieb besonders für Niederflurschienenfahrzeuge, die wegen der Spur- und Wagenkastenbreite nur einen geringen Einbauraum für das Antriebsaggregat aufweisen. Der Antrieb nach der Erfindung zeichnet sich ferner dadurch aus, daß re­ lativ große radiale Federwege zwischen Fahrwerk und Treibrad möglich sind. Aufgrund der vorgesehenen Kraftübertragung vom Motor über die winkel- und axial-nachgiebige Kupplung und das Getriebe zum Treibrad kann das Antriebsaggregat auch mit ei­ nem relativ kleinen Außendurchmesser gebaut werden, so daß ein kleiner Treibraddurchmesser möglich ist.

Der Motor des erfindungsgemäßen Einzelradantriebes ist ohne den Ausbau von Fahrwerksteilen, des Treibrades und des Ge­ triebes einfach auswechselbar. Die Getriebeanordnung auf der Innenseite des Treibrades schafft Platz für den Motor und eine Bremsvorrichtung im begrenzten Raum zwischen dem Treib­ rad und der Wagenkastenaußenwand. Die Anordnung Getriebe- Treibrad-Motor ergibt eine äußerst kompakte Bauform, wobei das Getriebegehäuse nahezu vollständig in das Treibrad inte­ griert werden kann. Der erfindungsgemäße Einzelradantrieb er­ möglicht die Einsparung von Lagern, da die Radlagerung gleichzeitig die Getriebelagerung bildet. Ein weiterer Vor­ teil ergibt sich aus der leichten Zugängigkeit und Wartung der Bremse, die außerdem gut kühlbar ist.

Beim erfindungsgemäßen Einzelradantrieb kann das Getriebe zwischen ein äußeres und ein inneres Radlager gesetzt werden, so daß eine vorteilhafte breite Lagerbasis entsteht.

Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß die Bremseinrich­ tung auf dem der Wagenkastenaußenwand zugewandten Ende des Motors vorgesehen ist, wobei die Bremseinrichtung teilweise in den Motorraum eingesetzt ist und sogar durch die Motorküh­ lung gekühlt werden kann. Für eine günstige Motor-Kühlluft­ führung ist es von Vorteil, wenn der Kühlluft-Austritt an der Wagenkastenaußenwand vorgesehen wird. In dieser Anordnung ist auch die Bremseinrichtung für den Einbau und die Wartung be­ sonders leicht zugängig.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sowie ihrer vorteil­ haften Ausgestaltungen wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel eines Einzelradantriebes mit Planetengetriebe im Schnitt dargestellt ist, wobei der Zeich­ nungsteil A die obere Antriebshälfte und der Zeichnungsteil B den unteren Antriebsteil zeigt.

Der in einer vorteilhaften Ausführung gezeichnete Einzelrad­ antrieb ist gegen ein Fahrwerk 1 eines Schienenfahrzeuges und dessen Achse 2 abgestützt. Hierzu ist zwischen dem Fahrwerk 1 und der feststehenden Achse 2 eine Primärfeder 3 angeordnet. Beim dem elektrischen Fahrmotor handelt es sich um einen In­ nenläufer-Motor 4 mit Motorgehäuse 5, Stator 6 und Rotor 7.

Der Motor 4 ist im Wagenkasten zwischen einem Treibrad 8 und der Wagenkastenaußenwand 18, also axial neben dem Treibrad, angeordnet. Während der Stator 6 am feststehenden Motorge­ häuse 5 befestigt wird, ist der Rotor 7 des Innenläufer-Mo­ tors 4 auf einer Hohlwelle 19 angebracht, welche über eine winkel- und axial-nachgiebige Kupplung oder Koppelungsein­ richtung 11 (im Ausführungsbeispiel sind die Kupplungsteile 16, 17 einer Bogenzahnkupplung dargestellte und eine Kupp­ lungswelle 14) mit einer Getriebewelle 15 in Drehmomentüber­ tragungsverbindung steht.

Zwischen den mit der Motordrehzahl drehenden Motorteilen 7, 19, 11, 16, 17, 14, 15 und den mit der Raddrehzahl umlaufen­ den Teilen, nämlich dem Treibrad 8 und einem gemäß Ausfüh­ rungsbeispiel am Treibrad befestigten Getriebegehäuse 13, ist ein Planetengetriebe 12 angeordnet. Nach der Erfindung ist der Motor 4 zwischen der Wagenkastenaußenwand 18 und der Treibradaußenseite 21 und das Getriebe 12 an der Treibradin­ nenseite 27 angeordnet. Diese Anordnung schafft Platz für den Motor mit Bremseinrichtung 26, 37, 38 im begrenzten Raum zwi­ schen dem Treibrad 8 und der Wagenkastenaußenwand 18.

Das Planetengetriebe 12 ist so aufgebaut, daß ein Hohlrad 22 am Getriebegehäuse 13 befestigt ist und daß Planetenräder 31 im Planetenträger 20 auf Bolzen 39 des Getriebes gelagert sind. Dabei ist der Planetenträger 20 einstückig ausgebildet, wobei der feststehende Planetenträger 20 an der feststehenden Achse 2 befestigt ist und wobei das Treibrad 8 über ein äuße­ res Radlager 32 und ein inneres Radlager 36 auf dem Planeten­ träger 20 abgestützt ist. In weiterer vorteilhafter Ausfüh­ rung ist das Getriebe 12 zwischen dem inneren und dem äußeren Radlager 36 bzw. 32 angeordnet.

Gemäß einer nicht gezeichneten, abgewandelten Ausführung kann auch das innere Radlager 36 zwischen dem Getriebe 12 und dem äußeren Radlager 32 angeordnet werden. Nach einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung kann die Primärfeder 3 auch gegen den Planetenträger 20 abgestützt sein.

Eine besonders kompakte und Einbauteile sparende Ausführung des erfindungsgemäßen Einzelradantriebes ergibt sich, wenn das Getriebegehäuse 13 oder wenigstens ein Teil des Getriebe­ gehäuses an das Treibrad 8 angeformt ist. Hierbei kann das sowohl an der Treibradaußenseite 21 wie auch an der Treibrad-Innenseite 27 angeformte Getriebegehäuse 13 durch Dichtungen 40, 41 gegen den Planetenträger 20 abgedichtet werden. Zu­ sätzliche Lager werden eingespart, da die Radlager 32, 36 gleichzeitig die Lager für das Hohlrad 22 gegen den Planeten­ träger 20 bilden.

Gegenüber der schnell laufenden Getriebewelle 15 und dem mit der Raddrehzahl drehenden Hohlrad 22 bzw. Getriebegehäuse 13 laufen die Planetenräder 31 des Planetengetriebes 12 mit Pla­ netendrehzahl um, während der stehende Planetenträger 20 an der stehenden Achse 2 befestigt ist. Der Wagenkasten 18 ist über eine Sekundärfeder 34 gegenüber dem Fahrwerk 1 abge­ stützt.

Für eine kurze axiale Baulänge des Antriebsaggregates ist es vorteilhaft, wenn das Getriebegehäuse 13 in das Treibrad 8 integriert ist, wobei die Radnabe 10′ eine Wandung des Ge­ triebegehäuses 13 bildet, und wenn das Motorgehäuse 5 in eine Hinterschneidung 28 der Treibradaußenseite 21 greift und fer­ ner, wenn im Bereich einer Einziehung 33 des Motorgehäuses 5 das äußere Radlager 32 angeordnet ist.

Das am Treibrad befestigte Getriebegehäuse 13 wird durch eine Radfeder 9 gegenüber dem Radreifen 10 abgefedert. Die Koppe­ lungseinrichtung 11 des Antriebsaggregates überträgt das Mo­ tordrehmoment auf das Planetengetriebe und kann relativ klein und kompakt ausgeführt werden. Der erfindungsgemäße Antrieb ermöglicht den Anbau des Motors an ein Treibrad mit relativ kleinem Außendurchmesser. Im Unterschied zu einem Radnabenan­ trieb kann ein einfaches Treibrad mit normaler Radnabe 10′ verwendet werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Antriebsaggregates wird dadurch erreicht, daß der Rotor 7 des Innenläufer-Motors 4 auf der Hohlwelle 19 angebracht ist, wobei die Hohlwelle über die winkel- und axial-nachgiebige Koppelungseinrichtung 11 (Kupplungsteile 16, 17 und Kupplungswelle 14) mit der Getriebewelle 15 in Drehmo­ mentverbindung steht und wobei die Hohlwelle 19 in Motorwel­ lenlagern 23, 24 gelagert und die Getriebewelle 15 endseitig in einem Sonnenradlager 35 gegen den Planetenträger 20 und über Zahneingriffe 42 gegen die Planetenräder 31 abgestützt ist.

In weiterer Ausbildung ist die Kupplungswelle 14 durch stirn­ seitig angeordnete Federmittel 43, 44 in axialer Richtung zentriert. Gemäß Ausführungsbeispiel ist die Hohlwelle 19 des Motors 4 über ein erstes elastisches Dichtungselement 25 mit der Kupplungswelle 14 und die Getriebewelle 15 durch ein zweites elastisches Dichtungselement 25′ mit der Kupplungs­ welle 14 verbunden, wobei die zwischen den Dichtungselementen 25, 25′ und Wellenabschnitten gebildeten Schutzräume abge­ schlossene Schmiermittelräume für die Kupplungsteile 16, 17 bilden. Ferner ist in der Kupplungswelle 14 eine Schmiermit­ telbohrung 45 zum innen liegenden Kupplungsteil 17 vorgese­ hen.

Einen weiteren Vorteil für die Montage und Demontage des An­ triebsaggregates erreicht man dadurch, daß auf dem der Wagen­ kastenaußenwand 18 zugewandten Ende der Hohlwelle 19 eine mit Motordrehzahl umlaufende Bremsscheibe 26 drehfest angeordnet wird. Die leicht zu wartende und gut zugängige Bremseinrich­ tung wird vervollständigt durch eine feststehende Bremszange 38′ mit Bremsbelägen 37. Wie sich aus der Zeichnung ergibt, ist für einen kompakten Aufbau die Bremseinrichtung 26, 37, 38 teilweise in den Motorraum eingebaut. Für die Zugängigkeit und Kühlung ist die Bremseinrichtung zwischen dem Motor 4 und der Wagenkastenaußenwand 18 angeordnet, wobei die Brems­ einrichtung durch die Motorbelüftung zusätzlich kühlbar ist. Mit 29 ist dabei ein Kühllufteinlaß zum Motorgehäuse und mit 30 ein Kühlluftauslaß vom Motorgehäuse gegen die Wagenka­ stenaußenwand 18 bzw. die Bremseinrichtung vorgesehen.

Claims (23)

1. Einzelradantrieb für ein elektrisch angetriebenes Fahr­ zeug, bei dem sich ein Fahrwerk (1) über eine Primärfeder (3) an einer stehenden Achse (2) abstützt, wobei ein Innenläufer-Motor (4) mit seinem Stator (6) am Fahrwerk befestigt ist, wobei ein Treibrad (8) an einem stehenden Träger (20) drehbar gelagert ist, wobei der Rotor (7) des Motors (4) sein Drehmo­ ment über eine winkel- und axial-nachgiebige Koppelungsein­ richtung (11), eine Getrie­ bewelle (15) und ein Getriebe (12) zum Treibrad überträgt und wobei der Motor (4) auf der einen Seite und das Getriebe (12) auf der anderen Seite des Treibrades (8) vorgesehen ist.

2. Einzelradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (4) zwischen der Wagenkastenaußenwand (18) und der Treibradaußenseite (21) und daß das Getriebe (12) an der Treibradinnenseite (27) angeordnet ist.

3. Einzelradantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (12) als Planetengetriebe ausgebildet ist.

4. Einzelradantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (22) des Planetengetriebes (12) am Getriebegehäuse (13) befestigt ist und daß die Planetenräder (31) im Planetenträger (20) auf Bolzen (39) gelagert sind.

5. Einzelradantrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenträger (20) einstückig ausgebildet ist.

6. Einzelradantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenträger (20) an der Achse (2) befestigt ist und daß das Treibrad (8) über ein äußeres Radlager (32) und ein inne­ res Radlager (36) auf dem Planetenträger (20) abgestützt ist.

7. Einzelradantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (12) zwischen dem inneren und dem äußeren Radlager (36, 32) angeordnet ist.

8. Einzelradantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Radlager (36) zwischen dem Getriebe (12) und dem äuße­ ren Radlager (32) angeordnet ist.

9. Einzelradantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärfeder (3) gegen den Planetenträger (20) abgestützt ist.

10. Einzelradantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebegehäuse (13) oder wenigstens ein Teil des Getriebege­ häuses an das Treibrad (8) angeformt ist.

11. Einzelradantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das sowohl an der Treibradaußenseite (21) wie auch an der Treib­ radinnenseite (27) angeformte Getriebegehäuse (13) durch Dichtungen (40, 41) gegen den Planetenträger (20) abgedichtet ist.

12. Einzelradantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Radlager (32, 36) gleichzeitig die Lager für das Hohlrad (22) gegen den Planetenträger (20) bilden.

13. Einzelradantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Radnabe (10′) eine Wandung des Getriebegehäuses (13) bildet.

14. Einzelradantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Motorgehäuse (5) in eine Hinterschneidung (28) der Treibrad­ außenseite (21) greift.

15. Einzelradantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich einer Einziehung (33) des Motorgehäuses (5) das äu­ ßere Radlager (32) angeordnet ist.

16. Einzelradantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (7) des Innenläufer-Motors (4) auf einer Hohlwelle (19) angebracht ist, wobei die Hohlwelle über die winkel- und axial-nachgiebige Koppelungseinrichtung 11, bestehend aus Kupplungsteilen (16, 17) und einer Kupplungswelle (14) mit der Getriebewelle (15) in Drehmomentverbindung steht, wobei die Hohlwelle (19) in Motorwellenlagern (23, 24) gelagert und die Getriebewelle (15) endseitig in einem Son­ nenradlager (35) gegen den Planetenträger (20) und über Zahn­ eingriffe (42) gegen die Planetenräder (31) abgestützt ist.

17. Einzelradantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungswelle (14) durch stirnseitig angeordnete Federmittel (43, 44) in axialer Richtung zentriert ist.

18. Einzelradantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (19) des Motors (4) über ein elastisches Dichtungs­ element (25) mit der Kupplungswelle (14) verbunden ist, daß die Getriebewelle (15) durch ein elastisches Dichtungselement (25′) mit der Kupplungswelle (14) verbunden ist und daß die zwischen den Dichtungselementen (25, 25′) und Wellenabschnit­ ten gebildeten Schutzräume abgeschlossene Schmiermittelräume für die Kupplungsteile (16, 17) bilden.

19. Einzelradantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kupplungswelle (14) eine Schmiermittelbohrung (45) zum innen liegenden Kupplungsteil (17) vorgesehen ist.

20. Einzelradantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bremseinrichtung (26, 37, 38) teilweise in den Motorraum eingebaut ist.

21. Einzelradantrieb nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung aus einer mit Motordrehzahl umlaufenden Bremsscheibe (26) und einer stehenden Bremszange (38) od. dgl. sowie Bremsbelägen (37) besteht.

22. Einzelradantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung (26, 37, 38) zwischen dem Motor (4) und der Wagenkasten­ außenwand (18) angeordnet ist.

23. Einzelradantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung (26, 37, 38) durch die Motorbelüftung zusätzlich kühlbar ist.