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Antriebsanordnung für durch Elektromotoren angetriebenes Schienentri
ebfahr zeug.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsanordnung für ein durch
Elektromotoren angetriebenes Schienentriebfahrzeug mit fest im Drehgestell oder
im Hauptrahmen angeordnetem Motor und Getriebe, bei der eine die Treibachse umgebende
Kardanhohlwelle zur Kraftübertragung zwischen dem Großrad und dem Treibrad dient,
deren Enden kardanisch-elastische, axial bewegliche Kupplungen tragen, welche als
Gelenkhebelkupplung ausgeführt sind, bei der Jeder der Gelenkhebel an seinen beiden
Enden Jeweils ein sphärisches Gelenk aufweist, von denen das eine am treibenden
(Großrad bzw. Kardanwelle) und das andere am angetriebenen Teil der Kupplung (Kardanwelle
bzw. Treibrad) angreift. Eine solche Anordnung ist aus der DT-PS 1 253 524 bekannt.
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Bei einer anderen bekannten Antriebs anordnung für Schienentriebfahrseuge
mit einer Kardanhohlwelle ist am einen Ende der Kardanhohlwelle eine Gummiringfeder
und am anderen Ende der Kardanhohlwelle eine zentrische Gelenkhebelkupplung angeordnet
(OE-PS 246 225). Bei dieser bekannten Antriebsanordnung hat die Gummihtilsenfeder
die Aufgabe, die gewünschte bzw.
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erforderliche Drehelastizität herbeizuführen und die zentrische
Gelenkhebelkupplung
die axiale Bewegungsmöglichkeit des Treibradsatzes ohne große Druckkräfte zu gewährleisten.
Außerdem mtlssen beide Rupplungen eine kardanische Bewegungsmöglichkeit aufweisen,
um eine Vertikaleinfederung des Treibradsatzes bei kleinen Rückkräften zuzulassen.
Diese Umfangselastizität ist insbesondere bei von Einphasenwechselstrom gespeisten
Antriebsmotoren erforderlich, um Pulsationen des Drehmomentes zu reduzieren und
einen Kollektorvorlauf bei Kommutatormotoren zu ermöglichen.
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Aus Gründen einer optimalen Ausnutzung der Reibkraft ist es zweckmäßig,
die umfangselastischen Kupplungselemente möglichst hartelastisch auszuführen.
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Bei Schienentriebfahrzeugen mit frequenzgesteuerten Drehstromantriebsmotoren
sind die Amplituden der zu erwartenden Drehmomentpulsationen wesentlich kleiner,
als bei von Einphasenkommutatormotoren angetriebenen Triebfahrzeugen, bei welchen
das Drehmoment mit der doppelten Speisefrequenz zwischen Null und dem Maximalwert
schwankt. Bei Fahrzeugen mit Drehstromantriebsmotoren mit Frequenzsteuerung treten
jedoch Oberschwingungen in verschiedenen Frequenzen auf. Der Aufwand, diese Oberschwingungen
durch schaltungstechnische Maßnahmen zu beseitigen, ist relativ groß, so daß bei
praktisch ausgeführten Umrichtern mit veränderbarer Frequenz ein gewisser Oberschwingungsanteil
im Motorstrom hingenommen werden muß, welcher zu Pendelmomenten des Antriebsmotors
führt. Diese Pendelmomente führen, wie eine rechnerische Untersuchung ergab, bei
einem Antrieb der eingangs erwähnten Art zu axialen Schwingungen der Kardanwelle.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Kraftübertragungseinrichtung
vom Antriebsmotor zur Treibachse für von Umrichter gespeisten Drehstrommotoren angetriebene
Triebfahrzeuge zu
schaffen, welche die bei Drehstromantriebsmotoren
vorliegende, gegenüber Einphasenkommutatormotoren geänderten Bedingungen optimal
gewährleistet, wobei also die von Pendelmomenten des Antriebsmotors hervorgerufenen
axialen Schwingungen der aardanhohlwelle weitgehend ausgeglichen werden.
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Als Lösung der gestellten Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen,
daß wenigstens parallel zu der einen Gelenkhebelkupplung eine zusätzliche Gummiringfederkupplung
angeordnet ist.
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Die vorgesehene zentrische Gelenkhebelkupplung ist kardanisch leicht
beweglich, läßt also axiale Verschiebungen des Radsatzes zu und Uberträgt das Drehmoment
so , daß die geringstmögliche Umfangselastizität vorhanden ist. Wegen der durch
die Drehmomentpulsation in axialer Richtung auftretenden Pulsatiçnsanregungen muß
das Eigenschwingungsverhalten der tardanhohlwelle so abgestimmt sein, daß keine
Resonanzerscheinungen in axialer Richtung auftreten und auch bei einseinen Querstößen
muß die Kardanhohlwelle in axialer Richtung geführt werden. Die zentrische Gelenkhebelkupplung
kann aber, wenn sie kardanisch leicht beweglich ausgeführt wird, nicht das Resonanz-Spektrwn
abdecken, bzw. die axiale Führung bernehmen. Diese Aufgabe übernimmt die zusätzliche
Gummiringfeder, welche parallel zu der einen Gelenkhebelkupplung liegt.
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Diese Gu-niringnülsenfeder kann, da sie das Drehmoment nicht su uebertragen
braucht - dies geschieht über die hartelastische sentrische GelenkhebeIkupplung
-, in axialer Richtung genau auf die Massenverhältnisse und die auftretenden Frequenzen
abgestimmt werden. Bei der neuen Lösung ist daher eine Aufgabentrennung vorgesehen,
bei welcher die zentrische Gelenkhebelkupplung das Drehmoment überträgt, kardanisch
leicht
beweglich ist und eine harte Umfangselastizität besitzt,
während die zu ihr parallel liegende Gummiringhülsenfeder die axiale Führung und
die diesbezügliche Eigenfrequenz-Anpassung übernimmt und wegen ihrer kardanisch
leichten Beweglichkeit die gute kardanische Beweglichkeit des Kupplungselementes
nicht verschlechtert. Die zweite, am anderen Ende der Kardanhohlwelle angeordnete
zentrische Gelenkhebelkupplung läßt eine axiale Bewegung des Treibradsatzes zu.
Diese Kupplung überträgt ebenfalls das Drehmoment bei hq.rtelastischer Umfangs elastizität,
besitzt ebenfalls eine\teardanische Bewegungsmöglichkeit und gewährleistet die axiale
Bewegungsmöglichkeit des Treibradsatzes, wobei nur kleine Druckkräfte auftreten.
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Bei einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, daß die zusätzliche
Gummiringfederkupplung aus einem konzentrisch zum Großrad angeordneten, mit diesem
fest verbundenen äußeren Ring und einem auf der Kardanhohlwelle befestigten inneren
Ring besteht und zwischen den beiden Ringen eine aus gummielastischem Material bestehende,
mit beiden Ringen fest verbundene Schicht vorgesehen ist.
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Bei einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß die
zusätzliche Gummiringfederkupplung aus einem äußeren Ring besteht, welcher fest
mit dem Treibrad verbunden ist, und einem inneren Ring, welcher mit einer Verlängerung
der Kardanhohlwelle fest verbunden ist, wobei zwischen den beiden Ringen eine gummielastische
Schicht vorgesehen ist.
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Die Gelenkhebel können erfindungsgemäiuei FZchend einer ersten Ausführungsform
der Gelenkhebel/so vorgesehen sein, daß bei beiden Gelenkhebelkupplungen von Je
zwei Gelenkhebeln Jeweils der eine gegenüber dem anderen in Umfangsrichtung gegensinnig
angeordnet ist.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Gelenkhebel
beider Gelenkhebelkupplungen in Umfangsrichtung gesehen gleichsinnig angeordnet
sind.
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Schließlich ist bei einer letzten Ausführungsform der Gelenk--en hebelkupplung
vorgesehen, daß die Gelenkhebel der einen Gelenkhebelkupplung so angeordnet sind,
daß Jeweils von zwei Gelenkhebeln der eine gegenüber dem anderen gegensinnig angeordnet
ist, während bei der zweiten Gelenkhebelkupplung die Gelenkhebel in Umfangsrichtung
im gleichen Sinne angeordnet sind.
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Wie bereits oben ausgeführt, ist die Gummiringfeder nicht für die
Übertragung des Drehmomentes dimensioniert, sondern dient lediglich dazu, eine Führung
der Kardanwelle in axialer Richtung zu übernehmen und die auftretenden Schwingungen
weitgehend absudämpfen.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen. Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch eine schematische Darstellung
eines Antriebs nach der Erfindung, Fig. 2 eine perspktivische Ansicht der Kupplung
zwischen Großrad und dem einen Ende der Kardanwelle mit Xilweise aufgeschnittenem
Kupplungsflansch, Fig. Seine Antriebsanordnung, bei welcher die zusätzliche Gummiringfeder
am treibradseitigen Ende der Kardanhohlwelle angeordnet ist, Fig. 4 eine schematische
Darstellung der Kardanhohlwelle mit den Gelenkhebelkupplungen und Jeweils sechs
Jeweils in Paaren gegeneinander angeordneten Gelenkhebeln. Die zusätzliche Gummiringfeder
ist in dieser und in den folgenden Figuren nicht dargestellt.
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Fig. 5 eine Anordnung wie in Figur 4 dargestellt, 3edoch mit in gleicher
Richtung angeordneten sechs Gelenkhebeln pro Kupplung und Fig. 6 eine Anordnung
wie in Figur 4 dargestellt, jedoch mit einer Gelenkhebelkupplung, welche sechs jeweils
paarweise gegeneinander gerichtete Gelenkhebel aufweist, und mit einer zweiten Gelenkhebelkupplung,
welche sechs in gleicher Richtung angeordnete Gelenkhebel aufweist.
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Bei dem in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellten Achsantrieb
eines Schienentriebfahrzeuges ist mit 1 die Kardanhohlwelle, mit 2 das Großrad,
mit 3 das Treibrad und mit 4 der Antriebsmotor bezeichnet.
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Die Kraftübertragung erfolgt vom Antriebsmotor 4 über das auf der
Motorwelle angeordnete Xotorritzel 41 auf das Großrad 2.
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Am Großrad 2 sind Nasen 21 angeordnet, an welchen wiederum Gelenke
22 angebracht sind, an welchen Gelenkhebel 23 angreifen, welche mit weiteren Gelenken
in Verbindung stehen, welche an einem Flansch 11 der Kardanwelle angebracht sind.
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Der gesamte Kraftfluß erfolgt über diese Gelenkhebelkupplung.
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Zusätzlich ist am Großrad ein Flanschring 27 angebracht, an dessen
InnenfSL§che ein weiterer Ring 24 angeordnet ist. gonzentrisch zu diesem Ring 24
ist ein innerer Ring 25 vorgesehen welcher einen geringeren Außendurchmesser aufweist,
als der Innendurchmesser des Ringes 24 ist. Dieser innere Ring 25 ist auf der Kardanhohlwelle
1 nicht verdrehbar angeordnet. Zwischer dem äußeren Ring 24 und dem inneren Ring
25 ist elne Gummiringfeder 26 vorgesehen, welche nur der axialen FUhrung der Kardanhohlwelle'gegenüber
dem Großrad dient. Eine Drehmoment-Ubertragung erfolgt über diese Kupplung praktisch
nicht, so daß diese lediglich entsprechend den gewünschten axialen FUhrun4seigenschaften
ausgelegt werden kann.
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An dem zweiten Ende der Kardanhohlwelle 1 ist ein weiterer Flansch
12 angeordnet, an welchem Nasen und an diesen Gelenke 32 angebracht sind, an welchen
Gelenkhebel 33 angreifen, welche über weitere Gelenke 32 an am Treibrad angebrachten
Nasen 31 angreifen.
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Bei der in Figur 3 dargestellten Anordnung ist die zusätzliche Gummiringfeder
der dem Treibrad benachbarten Gelenkhebelkupplung zugeordnet. Die Bezeichnungen
der Bauelemente der Gelenkhebelkupplung stimmen mit der für die Figur 1 und 2 überein.
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Bei dieser Ausführung ist ein Ringflansch 37 am einen Treibrad 3 vorgesehen,
innerhalb dessen ein äußerer Ring 34 angeord net ist. Konzentrisch zu diesem ist
ein innerer Ring 35, welcher einen kleineren t chmesser aufweist als der Innendurchmesser
des Außenringes 34, vorgesehen, welcher auf einem entsprechenden Flanschende 13
der Kardanwelle befestigt ist.
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Zwischen dem äußeren Ring 34 und dem inneren Ring 35 ist eine Gummiringfeder
36 vorgesehen, die z.B. an den beiden Ringen 34 und 35 anvulkanisiert ist, welche,
wie bei der Anordnung nach Figur 1 und 2, nicht der Kraftübertragung, sondern ledig-1
lich der axialen Führung der Kardanhohlwelle 1 gegenüber dem Treibrad 3 dient, womit
axiale Schwingungen der Kardanhohlwelle vermieden werden können.
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Bei den in den Figuren 4 bis 6 schematisch dargestellten verschiedenen
Ausführungsformen der Gelenkhebelkupplung ist die zusätzliche Gummiringfeder nicht
eingezeichnet. In der Figur 4 sind an dem Kupplungsflansch 11 der Kardanwelle sechs
Gelenkhebel angeordnet, von denen jeweils zarei Stück paarweise in entgegengesetzter
Richtung vorgesehen sind, d.h. die einander zugewandten Gelenke dieser Gelenkhebel
greifen jeweils an dem gleichen Bauelement, z.B. an dem Flansch 11 der Kardanwelle
an, während die beiden anderen Enden dieser Gelenkhebel
an dem
Großrad angreifen. Die zweite Gelenkhebelkupplung zwischen Kardanhohlwelle und Treibrad
ist wie bei der Anordnung nach Figur 4 in gleicher Weise ausgeführt.
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Bei der in Figur 5 schematisch dargestellten Gelenkhebelkupplungskombination
sind die sechs Gelenkhebel 23 der Gelenkhebel kupplung zwischen Großrad 2 und Kardanhohlwelle
1 in gleicher Richtung angeordnet. Das gleiche gilt für die Gelenkhebel 33 der Kupplung
zwischen Kardanhohlwelle 1 und Treibrad 3.
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Bei der in Figur 6 dargestellten Kupplungskombination ist die Kupplung
zwischen Getriebe-Großrad 2 und Kardanhohlwelle 1 in gleicher Weise ausgeführt wie
bei der Anordnung nach Fig.
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Die Kupplung zwischen Kardanhohlwelle und Treibrad mit ebenfalls sechs
Gelenkhebeln zeigt die gleiche Ausführung wie die in der Figur 5 vorgeschlagenen
Kupplungen, deren Gelenkhebel gleichsinnig jeweils zwischen dem zweiten Flansch
12 der Kardanhohlwelle bzw. an den Nasen 31 des Treibrades 3 angreifen.