DE2555031A1

DE2555031A1 - Triebdrehgestell fuer schienenfahrzeug

Info

Publication number: DE2555031A1
Application number: DE19752555031
Authority: DE
Inventors: Hans Jund; Wilhelm Ing Grad Koch
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1975-12-06
Filing date: 1975-12-06
Publication date: 1977-06-08
Also published as: CA1068163A; US4135453A

Description

BROWN, BOVERI & CIE · AKTIENGESELLSCHAFT

MANNHEIM BROWN BOVERI

Mp.-Nr. 681/75 Mannheim, den 3. Dez. 1975

ZFE/P1-H/Bt

Triebdrehgestell für Schienenfahrzeug

ein

Die Erfindung betrifft ein Triebdrehgestell füj/ Schienenfahrzeug mit mindestens einem im Drehgestell gelagerten Antriebsmotor und mit mindestens zwei angetriebenen Achsen und jede Achse mit jeweils einem mit dem Drehgestellrahmen fest verbundenen Achsgetriebe, welches jeweils eine die jeweilige Treibachse umfassene Hohlwelle aufweist, sowie eine die Getriebehohlwelle und die Treibachse bzw. ein Treibrad über zentrierende Gelenkhebelkupplungen kraftschlüssig verbindende Kardanhohlwelle. Eine solche Anordnung ist z.B. aus der DT-AS 1 530 026 bekannt.

Bei den bei der bekannten Drehgestellanordnung vorgesehenen Gelenkhebelkupplungen sind die Gelenke der beiden Gelenkhebelkupplungen als sphärische Gelenke ausgebildet. Solche Gelenkhebelkupplungen sind statisch bestimmt, d.h., bei axialer oder kardanischer Bewegung der beiden Wellen zueinander treten keine Terspannungskräfte auf, und die Rückstellkräfte resultieren nur aus der kardanischen Bewegung der Kugelgelenke der Gelenkhebel. Bei einer Kupplung mit vier Gelenkhebeln oder einer sogenannten Mehrlenkerkupplung treten bei einer kardanischen Bewegung der Wellen zueinander Zwangskräfte auf,

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die bei der Verwendung von Gummikugelgelenken durch die radiale Einfederungsmöglichkeit derselben in minimalen Grenzen gehalten werden. Sind die Gelenkhebel wie bei der bekannten Anordnung am Umfang gMchsinnig angeordnet, so tritt bei einer axialen Bewegung der einen Welle gegenüber der anderen keine Zwangskraft aufj es findet jedoch hierbei dann bei einer axialen Bewegung eine minimale Verdrehung der Wellen gegeneinander statt. Solche zentrischen Gelenkhebelkupplungen werden daher zweckmäßigerweise dort angewandt, wo eine große axi_e Bewegungsmöglichkeit der Wellen gegeneinander erwünscht ist. Ist eine axiale Auslenkung vorhanden, tritt bei einer Drehmomentübertragung infolge der Schrägstellung der Gelenkhebel eine Axialkraft auf, d.h., die Kardanwelle muß durch wenigstens eine der Gelenkhebelkupplungen axial geführt sein. Bei der zentrischen Gelenkhebelkupplung mit gleichsinnig angeordneten Gelenkhebeln werden bei der Übertragung eines Drehmomentes je nach Dreh.-richtung alle Gelenkhebel auf Zug oder alle auf Druck beansprucht. Bei einer Zugbeanspruchung der Gelenkhebel ist, bezogen auf die bei einer Axialverschiebung der Wellen auftretenden Axialkräfte, eine stabilisierende Wirkung vorhanden, da mit größer werdendem Drehmoment auch die Rückwirkung zum Zentrum größer wird. Bei einer ^Druckbeanspruchung dagegen wird mit größer werdender Axialbewegung die auslenkende Axialkraft größer. Infolge dieses Unterschiedes bezüglich der verschiedenen Drehrichtungen sind das kritische Drehzahlverhalten und die Amplituden für die Axialbewegungen verschieden.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die bei der eingangs b eschriebenen Drehgestellanordnung vorgesehene Gelerikhebelkupplung in der Hinsicht zu verbessern, daß die gute kardanische und axiale Bewegungsmöglichkeit bei zentrischer Führung der

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Wellen !zueinander erhalten bleibt, daß weiterhin als zusätzliche Eigenschaft der Gelenkhebelkupplung bei axial en und kardanischen Auslenkungen keine Axialkraft auftritt und daß das kritische
Drehzahlverhalten in axialer Richtung bezogen auf beide Drehrichtungen gleich ist. Weiter soll eine Senkung der Kosten bei
der Herstellung der Kugelgelenke erreicht werden.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht bei der eingangs
erwähnten Anordnung erfindungsgemäß darin, daß die Gelenkhebe !kupplungen jeweils η Gelenkhebel mit Kugelgelenken
an ihren Enden aufweisen, wobei η eine gerade Zahl und
größer als 3 ist, und daß die eine Hälfte der Gelenkhebel
im Sinne der Drehrichtung der Kupplung und die andere Hälfte |

der Gelenkhebel in entgegengesetzter Richtung angeordnet ; ist. Eine solche Gelenkhebelkupplung weist also mindestens ; vier Gelenkhebel auf, wobei die Hälfte derselben gegenüber den j anderen· Gelenkhebeln gegensinnig angeordnet ist. Bei einer ! axialen Bewegung der Wellen gegeneinander werden die Gelenk- ; hebel ausgelenkt. Die bei Übertragung eines Drehmomentes auf- ; tretenden , durch die Schrägstellung der Gelenkhebel bedingten ' Axialkräfte heben sich auf, so daß auf die Wellen und ihre ; Lagerungen hierdurch keine Axialkräfte einwirken und auch ' keine Anregung für eine Axialschwingung erfolgt. Auch bei einer i axialen und kardanischen Bewegung der beiden Wellen zueinander j

; i

\ ist der Vorteil vorhanden, daß keine resultierende Axialkraft ', auftritt. ;

f
Da die Verhältnisse, d.h. Zug- und Druckbeanspruchungen, auch

durch Umkehrung der Drehrichtung nicht verändert werden, ist _t kein Unterschied im kritischen Drehzahlverhalten bei der erfin-J dungsgemäßen Anordnung bei verschiedenen Drehrichtungen vorhan- j den. Durch geeignete Abstimmung der Länge der Gelenkhebel und
durch Festlegung des Abstandes der Anlenkpunkte der einzelnen
Wellen läßt sich erreichen, daß die Winkelgleichlaufgenauig-

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keit bei kardanischer Auslenkung wesentlich größer ist als bei einem normalen Kreuzgelenk. Bei einer axialen Bewegung der beiden Wellen zueinander treten Zugkräfte in der einen Hälfte der Gelenkhebel auf, und es erfolgt eine radiale Einfederung in den Gummikugelgelenken. Eine Axialbewegung bedingt aber keine Verdrehbewegung der Wellen zueinander, so daß sich Axialbewegungen bei der erfindungsgemäßen Anordnung nicht mehr der Drehbewegung überlagern können, wodurch eine ideale Gleichlaufgenauigkeit bei einer axialen Bewegung gewährleistet ist. Infolge der radialen Einfederung der Gummi-Elemente ist jedoch die Größe der axialen Bewegungsmöglichkeit beschränkt. Bei der Verwendung dieser Kupplung bei Antrieben für Schienen-

fahrzeuge reicht diese axiale Bewegungsmöglichkeit aus. ι

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht > darin, daß die antriebsbedingte Kupplung der einzelnen Achsen ι

untereinander hart elastisch ist, d.h. die Drehelastizität j

der Kupplungselemente zwischen dem Getriebe und der Kardan- ι hohlwelle ist klein, so daß durch aus dem Radsatzlauf herrühren-f de Blindmomente bedingte Verspannungswege der Achsen zueinander so klein sind, daß sie dem kontinuierlichen Schlupf verhalt en i eines Einzelantriebes nahekommt.-

Als Lösung des zweiten Teiles der gestellten Aufgabe wird vor- _; geschlagen, daß die Kugelgelenke der Gelenkhebel jeweils eine zwischen einem Metallring und einem hohlkugelförmigen Bauelement -angeordnete Schicht aus Gummi oder einem gummiähnlichen Stoff aufweisen, welche mit den ihr zugewandten Flächen des Metall- ! ringes bzw. des hohlkugelförmigen Bauelementes zusammenvulkani- j siert sind und daß die aus dem hohlkugelförmigen Bauelement i an seinen beiden Seiten aus der Schicht herausragenden Teile ■

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In konische Ansätze übergehen, auf welche die Enden von zwei Gelenkhebellaschen mit einer ebenfalls konischen Bohrung aufgesetzt und durch einen den Hohlraum des hohlkugelförmigen Bauelementes durchdringenden Bolzen und eine auf dessen Gewinde teil aufgeschraubte Mutter zusammengepreßt sind. Durch diese Gelenkausführung läßt sich eine merkliche Verringerung des Aufwandes bei der Herstellung des Gelenkes erreichen. Die Anwendungsmöglichkeit dieses Gelenkes ist nicht beschränkt auf Gelenkhebelkupplungen von elektrischen Triebfahrzeugen, : sondern besteht auch bei Gelenkhebelkupplungen, die für be- ! liebige Verwendungszwecke zum Kuppeln zweier Wellen dienen.

Bei einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung ist vorgej sehen, daß der Antriebsmotor mit senkrecht zur Fahrtrichtung liegender Antriebswelle eingebaut und daß das Achsgetriebe j ein Stirnradgetriebe ist. Für die Kardanwelle ergibt sich bei dieser Anordnung eine besonders große Länge, wodurch eine große Achseinfederung in vertikaler Richtung ermöglicht ist.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Antriebsmotor mit längs zur Fahrtrichtung liegender Antriebswelle eingebaut ist und daß das Achsgetriebe ein Winkelgetriebe ist.Schließlich ist bei einer Modifikation dieser Ausführungsform vorgesehen, daß der Antriebsmotor in einer solchen Weise eingebaut ist, daß die Antriebswelle mit der Fahrzeuglängsachse einen spitzen Winkel bildet und daß das Achsgetriebe ein Winkelgetriebe Ist. Bei dieser Anordnung ergibt sich ebenfalls eine große länge für die Kardanhohlwelle, wodurch eine große Auslenkung in vertikaler Richtung der Achse gegenüber dem Drehgestell ermöglicht wird.

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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 einen vertikalen Schnitt durch eine Achse des Drehgestelles nach der Erfindung,

die Fig. 2 eine schematische Darstellung der Gelenkhebelkupplung,

die Fig. 3 einen Schnitt durch eines der Gelenke der Gelenkhebelkupplung und

die Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Drehgestelles im Grundriß mit einem Antriebsmotor, dessen Achse geneigt zur Fahrzeuglängsachse verläuft.

In den Zeichnungen ist mit 1 der Drehgestellrahmen, mit 2 das Getriebe, mit 2.1 die Getriebehohlwelle und mit 3 die Gelenkhebelkupplung bezeichnet. Weiter ist mit 4 die Kardanhohlwelle, mit 5 das Treibrad, mit 5.1 die Treibachse und mit 6 der Antriebsmotor bezeichnet.

! Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausschnitt aus der erfindungs-; gemäßen Anordnung ist ein Stirnradgetriebe vorgesehen. Bei Anordnung des Antriebsmotors mit zur Treibachse paralleler Achse ist das Getriebe seitlich angeordnet, wodurch sich eine große Länge für die Zardanhohlwelle 4 ergibt. Die Kraftübertragung von der Kardanhohlwelle kann, wie in der Variante a dargestellt wird, auf die Treibachse erfolgen oder aber, wie in Variante b in der Figur 1 dargestellt ist, direkt auf das Treibrad wirken.

In der Detaildarstellung des Gelenkes der Gelenkhebelkupplung (Fig. 3) ist mit 3.1 der äußere Metallring, mit 3.2 das etwa

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hohlkugelförmige Bauelement, mit 3.3 die Schicht aus Gummi oder gummiähnlichem Material zwischen dem Metallring 3.1 und dem hohlkugelförmigen Bauelement 3.2 bezeichnet, wobei diese Schicht mit den ihr zugewandten Flächen des Metallringes 3.1 bzw. des hohlkugelförmigen Bauelemtes 3.2 zusammen vulkanisiert ist. Das hohlkugelförmige Bauelement 3.2 weist an seinen aus der Gummischicht 3.3 herausragenden Seiten konische Ansätze 3.4 auf. Auf diesen konischen Ansätzen 3·4 sind die Enden der beiden, mit Bohrungen versehenen Laschen 3.5 der Gelenkhebel aufgesetzt, deren anderes Ende an Kugelgelenken 3.7» welche an einem mit der zu kuppelnden Welle verbundenen Flansch 2.2 angebracht sind, angreifen. Die beiden Gelenkhebellaschen 3.5 werden durch einen durch das hohl- j kugelförmige Bauelement 3.2 hindurchgesteckten Bolzen, welcher durch eine Mutter 3.8 gegen die Gelenkhebellaschen 3.5 an- i gepreßt ist, zusammengehalten. I

Bei der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform weist die | Achse 6.1 des Antriebsmotors 6 ein^n spitzen Winkel zur Fahr- ; zeuglängsachse auf. Bei einer solchen Anordnung ist es auch bei längsliegendem, direkt im Drehgestell angeordneten Antriebsmotor möglich, eine große Länge der Kardanwelle 4 zu realisieren. Im Achswinkelgetriebe 2 bilden dann die Achse der Hohlwelle ] 2.1 und die Achse 'des Antriebsmotors 6 einen von einem rechten Winkel abweichenden Winkel.

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/ο

Leerseite

Claims

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Pat entansprüche

Triebdrehgestell für Schienenfahrzeug mit mindestens einem im Drehgestell gelagerten Antriebsmotor und mit mindestens zwei angetriebenen Achsen und jede Achse mit jeweils einem mit dem Drehgestellrahmen fest verbundenen Achsgetriebe, welches jeweils eine die jeweilige Treibachse umfassende Hohlwelle aufweist, sowie eine die Getriebehohlwelle und die Treibachse bzw. ein Treibrad über zentrierende Gelenkhebelkupplungen kraftschlüssig verbindende Kardanhohlwelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkhebelkupplungen jeweils η Gelenkhebel (3.5) mit Kugelgelenken (3.7) an ihren Enden aufweisen, wobei η eine gerade Zahl und größer als 3 ist, und daß die eine Hälfte der Gelenkhebel (3.5) im Sinne der ,Drehrichtung der Kupplung und die andere Hälfte der Gelenkhebel (3.5) in entgegengesetzter Richtung angeordnet ist.
2. Triebdrehgestell insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelgelenke (3.7) der Gelenkhebel (3.5) jeweils eine zwischen einem Metallring (3.1) und einem hohlkugelförmigen Bauelement (3.2) angeordnete Schicht (3.3) aus Gummi oder einem gummiähnlichen Stoff aufweisen, welche mit den ihr zugewandten Flächen des Metallringes (3.1) bzw. des hohlkugelförmigen Bauelementes (3.2) zusammenvulkanisiert ist und daß die aus dem hohlkugelförmigen Bauelement (3.2) an seinen beiden Seiten aus der Schicht (3.3) herausragenden Teile in konische Ansätze (3.4) übergehen, auf welche die Enden von zwei Gelenkhebellaschen (3.5) mit einer ebenfalls konischen Bohrung aufgesetzt und durch einen den Hohlraum des hohlkugelförmigen BaueLementes (3.2) durchdringenden Bolzen (3.6) und eine auf dessen Gewindeteil aufgeschraubte Mutter (3.8) zusammengepreßt sind. (Fig. 3)

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3. Triebdrehgestell nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (6) mit senkrecht zur Fahrtrichtung liegender Antriebswelle (6.1) eingebaut und daß das Achsgetriebe (2) ein Stirnradgetriebe ist. (Fig. 1)
4. Triebdrehgestell nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (6) mit längs/feur Fahrtrichtung liegender Antriebswelle einge baut und daß das Achsgetriebe ein Winkelgetriebe ist.
5. Triebdrehgestell nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (6) in einer solchen Weise eingebaut ist, daß die Antriebswelle (6.1) mit der Fahrzeuglängsachse einen spitzen Winkel bildet und daß das Achsgetriebe (2) ein Winkelgetriebe ist. (Fig. 4)

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