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Kraftbertraungseinrichtung Die Erfindung betrifft eine Kraftlibertragungseinrichtung
von einer (antreibenden) auf eine zweite (abtreibende) Welle, welche letztere in
radialer und axialer Richtung Relativbewegungen gegenUber der ersten Welle ausführen
kann, insbesondere zur Krafttlbertragung einer von dem Antriebsmotor eines Schienentriebfahrzeuges
angetriebenen Welle auf die Treibachse desselben, bei welchem die einen Enden der
Lenker eines ersten mit der ersten Welle gelenkig verbundenen Lenkerpaares mit seinen
anderen Enden an den Enden der Lenker eines zweiten Lenkerpaares gelenkig angreift.
Eine solche Einrichtung, fUr welche die Bezeichnung "Verzweiger-Antrieb" gebräuchlich
ist, ist aus dem Buch von Dr. t. Sachs "Elektrische Triebfahrzeuge" Frauenfeld 1953,
Verlag Huber & Co, Seite 298 sowie Abb. 347 auf dieser Seite bekannt.
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Diese Einrichtungen dienen in der Regel zur Übertragung des Drehmomentes
vom fest mit dem Fahrzeug- bzw. Drehgestellrahmen verbundenen Antriebsmotor ein
elektrischen Triebfahrzeuges auf den beweglichen Treibradsatz, kdnnen aber auch
in anderen Fällen, in denen gleichliegende Probleme auftreten, angewandt werden.
Eine solche Einrichtung ist in der Lage, die Haupt-bzw. die größte Bewegung, die
der Treibradsatz gegenüber dem Fahrzeugrahmen und damit dem Antriebsmotor ausfahrt,
nämlich die Vertikal-Einfederung (Achseinfederung), auf zunehmen. Sie
liegt
bei elektrischen Lokomotiven in der Grctßenordnung von + 35 mm aus der zentrischen
Lage. Bei solchen Verzweiger-Antrieben läßt sich der Antriebsmotor, bezogen auf
Motordurchmesser und axiale Länge, optimal ausführen, d. h. pro Treibradsatz die
größtmöglichste elektrische Antriebsleistung unterbringen.
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Solchen Verzweiger-Antrieben haftet Jedoch als wesentlicher Nachteil
der Mangel an, daß bei exzentrischem Lauf, d. h.
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wenn der Treibradsatz aus der Mittellage heraus vertikal eingefedert
wird, Unwuchtkräfte auftreten. Außerdem sind bei fast allen Verzweiger-Antri ebsbauarten
Winkelunechtheiten vorhanden, die sich auch bei Pulsationen aus der zentrischen
aus ergeben. Diese Nachteile sind bei allen Verzweiger-Antriebsbauarten anzutreffen,
von denen die wesentlichen unter den Namen Buchli-Antrieb, Alstholm-Antrieb und
Oerlikon-Antrieb bekannt geworden sind. Die oben erwähnten, bei exzentrischem Lauf
auftretenden Unwuchtkräfte nehmen bei sehr schnellfahrenden Lokomotiven Größenordnungen
an, die die Verwendung dieser Antriebsart ausschließen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Krafttibertragungseinrichtung
der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die die oben erwähnten Nachteile nicht aufweist,
also praktisch unwuchtfrei ist, und bei der die Winkelunechtheiten nur gering sind.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht bei der eingangs erwähnten
frafttlbertragungseinrichtung erfindungsgemäß darin, daß die Lenker des zweiten
Lenkerpaares wenigstens teilweise parallel zueinander in verschiedenen Ebenen verlaufen
und um
eine gemeinsame ideelle Mittelachse gegeneinander verdrehbar
sind und daß zwischen den zweiten Enden der Lenker des zweiten Lenkerpaares und
der zweiten Welle ein mechanisches Differential vorgesehen ist, welches bei einer
Auslenkung der ersten gegenüber der zweiten Welle das mit der zweiten Welle verbundene
Bauteil auf die Winkelhalbierende des Winkels zwischen den beiden mit den Lenkern
des zweiten Lenkerpaares verbundenen Bauteilen einstellt, und daß die Lenker des
ersten Lenker paares ueber den Eingangs drehpunkt der ersten Welle hinaus soweit
verlängert sind, daß sie durch die Masse dieser Verlängerung statisch ausgeglichen
sind. Durch das zur Verwendung kommende Differential wird eine Auslenkung der ersten
gegenüber der zweiten Welle dadurch, daß das mit der zweiten Welle verbundene Bauteil
auf die Winkelhalbierende des Winkels zwischen den beiden mit den Lenkern des zweiten
Lenkerpaares verbundenen Bauteil sich einstellt, eine Winkelunechtheit des Laufs
der ersten gegenüber der zweiten Welle bzw. umgekehrt verhindert. Außerdem wird
erreicht, daß bei der Kraftübertragunseinrichtung auch bei hohen Drehzahlen, also
entsprechend relati hoher Geschwindigkeit des zugehörigen Triebfahrzeuges in beliebigen
Auslenkungssituationen keine Unwuchten auftreten.
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Bei einer ersten Aus£Whrungsform des Differentials besteht dieses
aus zwei auf einer Welle unabhängig voneinander drehbar gelagerten Kegelrädern,
welche fest mit dem Lenker des zweiten Lenkerpaares verbunden sind, und diese Kegelräder
kämmen mit zwei senkrecht zu diesen angeordneten, weiteren Kegelrädern, welche auf
einer in zwei senkrecht zu einer fest mit der zweiten Welle verbundenen Scheibe
angeordneten Stützen drehbar gelagerten Welle unabhängig voneinander gegeneinander
verdrehbar sind.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des Differentials besteht dieses
aus einer Welle, um welche die Lenker des zweiten Lenkerpaares verdrehbar sind,
und auf dieser Welle ist zwischen( den beiden Lenkern eine Muffe verdrehbar angeordnet,
wobei weiterhin senkrecht zur Welle die Muffe durchdringend eine weitere Weile angeordnet
ist, welche mit der zweiten (abtreibenden) Welle über ein ringförmiges Bauelement
und eine Scheibe in Verbindung steht, und die weitere Welle ist beidseits der Muffe
mit doppelseitigen Hebeln fest verbunden, welche letztere mit ihren Enden mit den
Lenkern des zweiten Lenkerpaares gelenkig verbunden sind.
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Bei einer dritten Ausftllirungsform des Differentials besteht dieses
aus einem im Querschnitt U-förmigen, mit der zweiten (abtreibenden) Welle verbundenen
Rotationskörper, wobei außerhalb und innerhalb desselben konzentrisch zu diesen
zwei Ringe angeordnet sind, von denen der eine mit dem einen Lenker und der zweite
mit dem zweiten Lenker des zweiten Lenkerpaares fest verbunden ist und zwischen
den Außenflächen des Rotationskdrpersund der Innenfläche des Ringes sowie der Innenfläche
des Rotationskörpers und der Außenfläche des Ringes sind mit diesen Flächen z.B.
durch Vulkanisation fest verbundene Schichten aus gummielastischem Material angeordnet.
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Bei einer letzten Ausfthrungßform des Differentials ist schlie 4 lich
vorgesehen, daß dieses aus einer kreisrunden, mit der zweiten (abtreibenden) Welle
fest verbundenen Scheibe besteht, welche1 zwischen zwei weiteren, ebenfalls kreisrunden
Scheiben angeordnet ist, mit welchen letzteren die Lenker deß zweiten Lenkerpaares
fest verbunden sind und zwischen den einander zugewandten Flächen der Scheiben sind
mit diesen Flächen z.B. durch Vulkanisation fest verbundene Schichten aus gummielastischem
Material angeordnet
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen: Die Fig. 1 eine Kraftübertragungseinrichtung
nach der Erfindung, bei der das Differential aus vier miteinander kämmenden Kegelrädern
besteht, die Fig. 2 eine Ausführungsform der Kraftilbertragungseinrichtung, bei
welcher das Differential aus einer Hebelanordnung besteht, die Fig. 3 eine Anordnung
nach der Erfindung, bei der das Differential aus einem Rotationskörper besteht,
der tber Gummiringfedern mit den Lenkerpaaren in Verbindung steht, die Fig. 3a eine
Seitenansicht der Einrichtung nach Fig. 3 und die Fig. 4 eine Anordnung nach der
Erfindung, bei welcher das Differential aus einer Scheibe besteht, welche über Gummiringscheibenfedern
mit den Lenkern des zweiten Lenkerpaares in Verbindung steht.
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I den Zeichnungen ist jeweils mit 1 der Anschluß der ersten, in den
Zeichnungen nicht dargestellten Welle an die Lenker 2 des ersten Lenkerpaares und
mit 31 und 32 die Lenker des zweiten Lenkerpaares 3 bezeichnet, während die Gelenkpunkte
zwischen den Lenkern 2 des ersten und den Lenkern 31, 32 des zweiten Lenkerpaares
mit 23 bezeichnet sind. Die abtreibende Welle ist mit 8 bezeichnet.
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Bei der in Figur 1 dargestellten Einrichtung sind die Lenker 31 bzw.
32 fest mit auf einer Welle 33 drehbar gelagerten Kegelrädern 34 verbunden. Mit
diesen Kegelrädern 34 kämmen
weitere, auf einer Welle 42 drehbar
gelagerte Kegelräder 41.
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Die Welle 42 ist wiederum in Hebeln 71 drehbar gelagert, welche senkrecht
zu einer Scheibe 7 verlaufen, an der sie befestigt sind. Die Scheibe 7, die in Figur
1 der Übersichtlichkeit halber als Lasche dargestellt ist, ist fest mit der Welle
8 über hier nicht dargestellte Befestigungselemente verbunden.
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Bei einer z.B. radialen Auslenkung der ersten Welle gegenüber der
zweiten schlagen die Lenker 31, 32 des zweiten Lenker paares in verschiedener Richtung
aus, wobei durch das aus den Kegelrädern 34 bzw. 41 bestehende Differential eine
Verschiebung der beiden Wellen gegeneinander möglich ist, ohne daß eine Winkelbewegung
der beiden Wellen zueinander, auch bei der Übertragung eines Drehmomentes, eintritt.
Dies ist darauf zurückzuführen, daß durch die Wirkung des Differentials die Scheibe
7 stets auf die Winkelhalbierende des Winkels zwischen den Längsachsen der Lenker
31 bzw. 32 eingestellt wird. Durch die Verlängerung der Lenker 2 des ersten Lenkerpaares
über den Eingangsdrehpunkt 1 der ersten Welle hinaus, ist dieses Lenkerpaar in jeder
Winkel stellung statisch ausgeglichen, so daß die Einrichtung bei beliebigen Auslenkungen
der ersten gegenüber der zweiten Welle ohne das Auftreten einer Unwucht rotieren
kann.
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Bei der in der Figur 2 dargestellten Einrichtung sind wiederum die
Lenker des ersten Lenkerpaares mit 2 und die des zweiten Lenkerpaares mit 31 und
32 bezeichnet. Die Lenker 31 und 52 sind dabei um eine Welle 51 drehbar angeordnet.
Zwischen den beiden Lenkern 31 und 32 ist auf der Welle 51 eine Muffe 52 verdrehbar
angeordnet. Die Muffe 52 durchdringt eine weitere Welle 53, welche senkrecht zu
der Welle 51 angeordnet ist. An
den Enden der Welle 53 sind jeweils
Lager 55 angeordnet, in denen die Welle 53 drehbar geführt ist. Die Lager 55 befinden
sich in einem ringförmigen Bauelement 72, welches über Stützen 71 mit der fast mit
der Welle 8 gekuppelten Tasche 7 verbunden ist. Auf der Welle 53 sind weiterhin
doppelseitige Hebel 54 angeordnet und fest mit dieser Welle verbunden. Die Enden
dieser Hebel sind jeweils mit den Enden bzw. mit dem Mittelteil der Gelenkhebel
31 bzw. 32 gelenkig verbunden. Auc bei dieser Anordnung wirken die Hebel 31, 32
zusammen mit den Wellen 51 und 53 sowie den doppelseitigen Hebeln 54 als Differential.
Bei einer Auslenkung der ersten gegenüber der zweiten Welle werden die beiden Lenker
31 und 32 gegeneinandeH verdreht, bilden also einen Winkel miteinander. Durch die
Wirkung des Differentials stellt sich die Welle 53 wiederum auf die Winkelhalbierende-
des zwischen den Gelenkhebeln 31 und 72 auftretenden Winkels ein. Dadurch ergibt
sich trotz Auslenkung der beiden Wellen gegeneinander keinerlei Winkelverdrehung
der einen Welle gegenüber der anderen.
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Bei der in den Fig. 3 und 3a dargestellten Anordnung sind die Gelenkhebel
31 bzw. 32 des zweiten Gelenkhebelpaares wie bei den vorher beschriebenen Anordnungen
jeweils mit den Gelenkhebeln 2 verbunden und greifen jeweils an einem Ring 33 bzw.
36 an. Die beiden Ringe sind konzentrisch zueinander im Abstand angeordnet, haben
also verschiedenen Durchmesser.
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Tn dem freien Raum zwischen den beiden Ringen 35 und 36 ist ein Rotationskörper
72 angeordnet, der im Querschnitt ein U-förmiges Profil aufweist. Dieser Rotationskörper
ist mit der abtreibenden Welle 8 verbunden. in den Räumen zwischen der Außenfläche
des Rotationskörpers 72 und der Innenfläche
des Ringes 36 sowie
der Innenfläche des Rotationskörpers 72 und der Außenfläche des Ringes 35 sind aus
gummielastischem Material bestehende ringförmige Schichten 61 bzw. 62, welche Gummihülsenfedern
darstellen, vorgesehen. Die Schichten 61 bzw. 62 sind mit den entsprechenden Flächen
der Ringe 35 bzw.
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36 bzw. des Rotationskörpers 72 durch Vulkanisation fest verbunden.
Bei einer Auslenkung der ersten Welle gegenüber der zweiten Welle 8 erfolgt dann,
wie eingangs beschrieben, wieder eine Winkelverdrehung der beiden Gelenkhebel 31
und 32 gegeneinander. Auch hier wirken die mischen den Ringen 35 und 36 sowie dem
Rotationskörper 72 gelegten Schichten 61 und 62 aus gummielastischem Material als
Differential. Der Rotationskörper stellt sich auch hier auf die Winkelhalbierende
des Winkels den die beiden Gelenkhebel 31 und 32 des zweiten Gelenkhebelpaares zueinander
bilden, ein, womit eine Winkelverdrehung der abtreibenden Welle 8 gegenüber der
antreibenden Welle im Falle einer Auslenkung beliebiger Art zwischen den beiden
Wellen nicht stattfindet.
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Bei der letzten in der Figur 4 dargestellten Anordnung sind anstelle
von konzentrischen Ringen zwei parallel sueinander angeordnete Scheiben 37 und 38
vorgesehen, an denen die Gelenkhebel 31 und 32 angreifen. Zwischen den beiden Scheiben
37 und 38 ist eine weitere Scheibe 73 vorgesehen, welche fest mit der abtreibenden
Welle 8 in Verbindung steht. Die Zwischenraume zwischen den Scheiben 37 und 73 sowie
der Scheibe 38.und 73 sind jeweils durch ringförmige Schichten aus gummielastischem
Material ausgeftillt. Die Gummischichten sind an den an den Scheiben 37, 38 bsw.
73 anliegenden Partien mit diesen Scheiben zusammen vulkanisiert und bilden so Gummischeibenfedern.
Auch bei dieser Anordnung stellt sich im Falle einer
Auslenkung
der ersten Welle gegenüber der zweiten die Scheibe 73 gegenüber den sich gegeneinander
verdrehenden Scheiben 37 und 38 auf die Winkelhalbierende des Winkels, den die beiden
Scheiben 37 und 38 miteinander bilden, ein, womit eine Verdrehung der antreibenden
und der abtreibenden Welle 8 im Falle einer Auslenkung der Wellen gegeneinander
nicht stattfindet.
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Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen läßt sich die antreibende und
die abtreibende Welle vertauschen, d.h. auch die Welle 8 kann antreibende Welle
sein und die als erste Welle bezeichnete Welle kann die abtreibende Welle sein.