DE2940550C2 - Antrieb eines Schienentriebfahrzeuges für wahlweisen Zahnrad- und Adhäsionsbetrieb oder Adhäsionsbetrieb - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Antrieb eines Schienentriebfahrzeuges für wahlweisen Zahnrad- und Adhäsionsbetrieb oder Adhäsionsbetrieb nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Ein solcher Antrieb ist z. B. in der CH-PS 5 87 738 offenbart. Der Antrieb hat jedoch den Nachteil, daß bei vermindertem Reibungskoeffizient zwischen Adhäsionsrad und Schiene, z. B. wegen Eis, Laub, etc., die durch Adhäsion übertragbare Kraft abnimmt und sich damit zwangsläufig auch die auf die Zahnstange übertragbare Kraft im gleichen Verhältnis vermindert. Das Adhäsionsrad dreht dann durch bzw. schleudert und das Fahrzeug könnte sogar zum Stillstand kommen.

Bei reinen Adhäsionsfahrzeugen ist es zwar bekannt, den Beginn des Schleuderns durch Überwachungsmethoden zu erfassen, welche sich /.. B. auf übermäßige Winkelbeschleunigung eines Adhäsionsrades, unterschiedliche Motorströme zweier Achsantriebe desselben Fahrzeuges; etc., beziehen können, und dann Gegenmaßnahmen einzuleiten, wie Sandstreuen, Bremsen des schleudernden Rades, etc

Solche Schleuderschutzeinrichtungen sind jedoch mit verschiedenen Nachteilen verbunden. So müssen ζ Β. die eingeleiteten Gegenmaßnahmen nach einer gewissen Zeitperiode wieder rückgängig gemacht werden, um festzustellen, ob der Reibungskoeffizient unterdessen wieder genügend ist Tritt erneutes Schleudern ein, müssen auch die Gegenmaßnahmen erneut ergriffen werden. Dies kann sich in ungünstigen Fällen über längere Perioden dauernd wiederholen.

Ferner muß der bei mangelnder Reibung entstehende Schlupf, d. h. in diesem Falle die Differenz zwischen der Umfangsgeschwindigkeit des Adhäsionsrades und der Fahrgeschwindigkeit, wobei die letztgenannte gleichbedeutend mit der Umfangsgeschwindigkeit des Triebzahnrades ist, normalerweise ziemlich erheblich sein, bis die Überwachungsgeräte ihn feststellen können. Alsdann braucht es eine gewisse Zeit bis die Gegenmaßnehmen wirksam werden. Bis dahin steigt der Schlupf oft noch erheblich an und beim Wiederfassen zwischen Adhäsionsrad und Schiene als Folge der eingeleiteten Gegenmaßnahmen kann ein beträchtlicher Ruck entstehen. Nicht zuletzt ist der ganze Vorgang mit einem erheblichen zusätzlichen Verschleiß der Adhäsionsräder verbunden.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Antrieb selber so zu gestalten, daß, ohne den genannten Aufwand zur Überwachung der Umfangsgeschwindigkeiten bzw. des Schlupfes und Einleitung von Gegenmaßnahmen, der Schlupf selbsttätig auf einen vorbestimmten maximalen Wert begrenzt wird und das bei Normalisierung der Reibungsverhältnisse zwischen Adhäsionsrad bzw. Angleichung der bei normalen Verhältnissen gegebenen Umfangsgeschwindigkeiten ohne jede Überwachung und ohne Durchführung irgendwelcher besonderer Maßnahmen stattfindet.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Kennzeichen von Anspruch 1 aufgeführten Maßnahmen.

Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes von Anspruch 1.

Hierdurch läßt sich erreichen, daß z. B. dem Adhäsionsrad, welches üblicherweise zumindest bei koaxialer Anordnung mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit wie das Triebzahnrad, jedoch mit geringerer Drehzahl als dieses läuft, z. B. bei Zugbetrieb eine gewisse Umfangsgeschwindigkeitserhöhung gegenüber dem Triebzahnrad zugestanden wird, bis an einer bestimmten Stelle im Antrieb zwei Drehzahlen gleich sind, oder eine Drehzahl Null ist, wobei sich also die normalerweise vorhandene Drehzahldifferenz an der genannten Stelle im Antrieb in beiden Fällen auf den Wert Null vermindert. Sobald dieser Wert erreicht ist, treten die Sperrmittel der Überholkupplung in Funktion und verhindern eine weitere Veränderung der Drehzahldifferenz. Das Adhäsionsrad ist nun starr bzw. formschlüssig mit dem Triebzahnrad über die Sperrmittel gekuppelt und weist gegenüber dem Triebzahnrad einen vorbestimmten maximalen Schlupf auf, welcher sich normalerweise bis ca. ± 3% bewegt, und einen Absolutwert bis zu ca. 10% betragen kann. Sobald die Reibungsverhältnisse zwischen Adhiisionsrad und Schiene wieder normal sind, gestatten die Sperrmittel eine völlig selbsttätige Wiederherstellung der frühreren Drehzahldiffercnz an der genannten Stelle im Antrieb, wobei also Triebzahnrad

und Adhäsionsrad wieder gleiche Umfangsgeschwindigkeiten aufweisen und der Schlupf somit Null ist

Bei Bremsbetrieb sind die Verhältnisse umgekehrt. Für diesen Fall sind die Sperrmittel so gerichtet, daß dem Adhäsionsrad eine gewisse Umfangsgeschwindigkeitsverringerung gegenüber dem Triebzahnrad gestattet wird. Sollte beim Bremsbetrieb der Reibungskoeffizient zwischen Adhäsionsrad und Schiene in unnormaler Weise verringert sein, neigt das Adhäsionsrad dazu, gegenüber dem Triebzahnrad zurückzubleiben bis zum völligen Stillstand, d. h. reinem Gleiten auf der Schiene. Sobald jedoch die normalerweise vorhandene Drehzahldifferenz an der genannten Stelle im Antrieb den Wert Null erreicht, treten die Sperrmittel in Funktion und verhindern eine weitere Veränderung der Drehzahldifferenz. Auch in diesem Falle ist nun das Adhäsionsrad mit dem Triebzahnrad formschlüssig gekuppelt und der Schlupf hat seinen maximalen vorbestimmten, in diesem Falle negativen Wert, d. h. ca. —3%.

Der Beginn des Schleuderns sowie das Auffangen dieses Schleuderns durch die Sperrmittel ist im Fahrzeug kaum spürbar. Findet das Adhäsionsrad wieder gute Adhäsionsverhältnisse, so daß die ihm zugeteilte Umfangskraft wieder übertragen werden kann, dann lösen sich die Sperrmittel sofort wieder und die normalen Verhältnisse sind praktisch wieder ruckfrei hergestellt Dies alles geschieht vollkommen selbsttätig, ohne daß eine Einrichtung versuchsweise abtasten muß, ob die erforderliche Reibung wieder vorhanden sei.

Die nähere Erläuterung der Erfindung erfolgt anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Antriebes,

F i g. 2 eine Ausführung der Sperrmittel der Überholkupplung gemäß Schnitt 11-11 nach F i g. 1,

F i g. 3 eine andere Ausführung der Sperrmittel,

Fig.4 einen Längsschnitt eines anderen Antriebes gemäß der Erfindung,

Fig.5 eint zusätzliche Ausführung der Sperrmittel der Überholkupplung gemäß Schnitt V-V nach F i g. 4 und

F i g. 6 eine Darstellung der Sperrmitte! nach F i g. 5 in ausgekuppeltem Zustand.

Ein als Verzweigungsgetriebe dienendes Planetengetriebe 10 (Fig. 1) weist ein SonnenraJ 12 auf, das über Planetenräder 14, 16 mit der Innenverzahnung eines Hohlrades 18 kämmt. Die Achsen 20,22 der Planetenräder sind über einen Steg 24 und eine Kupplung 26 mit einem Antriebsmotor 28 verbunden. Die im Gehäuse 30 gelagerte Hohlwelle 32 des Hohlrades 18 weißt ein Zahnrad 34 uuf, das einerseits über ein an einem Zapfen 36 gelagerten Zahnrad 38 mit einem auf der Triebachse 40 gelagerten Zahnrad 42 kämmt, dessen im Gehäuse 30 gelagerte Hohlnabe 44 das Triebzahnrad 46 trägt und mit diesem drehfest verbunden ist. Das mit einer Sperrklinkenverzahnung 48 (Fig.2) versehene Zahnrad 34 kämmt andererseits über zwei über eine Vorlegewelle 50 miteinander verbundene Zahnräder 52,54 mit einem auf der Welle 56 des Sonnenrades 12 drehbar gelagerten Zahnrad 58, das eine der Sperrklinkenverzahnung 48 entgegengerichtete Sperrklinkenverzahnung 60 trägt. Mit der Welle 56 ist weiter ein Ritzel 62 drehfest verbunden, welches einerseits über eine Achse 64 und einander abgekehrt gerichtete Sperrklinken 66, 68 mit den Sperrklinkenverzahnungen 48, 60 in Verbindung steht und andererseits üt<zr ein auf einem Zapfen 'SI Eeiaeertes Zahnrad 70 mit einem Zahnrad 72 kämmt.

welches drehfest mit der die beiden Adhäsionsräder 74, 76 tragenden, in Achslagern 78,80 gelagerten Triebachse 40 verbunden ist Das Ritzel 62 bildet dabei eine de. Triebachse 40 bzw. den Adhäsionsrädern 74, 76 zuge-

5 ordnete Triebstelle, während die Zahnräder 34 und 58 jeweils eine dem Triebzahnrad 46 zugeordnete Triebstelle bilden. Die Zapfen 36,37 sind über einen Steg 39 miteinander verbunden. Wie aus Fig.2 hervorgeht, wird die Sperrklinke 66 durch eine Spiralfeder 82 im Sinne des Pfeiles 84 gegen die Sperrklinkenverzahnung 48 gedrückt wobei die Zähne der Sperrklinkenverzahnung so gerichtet sind, daß eine Drehung des Zahnrades 34 nur im Sinne des Pfeiles 86 möglich ist Die Drehrichtung der Welle 56 ist durch den Pfeil 88 angegeben. Die Sperrklinkenverzahnung 60 bzw. die Sperrklinke 68 sind der in F i g. 2 angegebenen Richtung entgegengekehrt Die Sperrklinkenverzahnung mit der jeweils zugeordneten Sperrklinke bilden eine Überholkupplung.
Für ein Betriebsbeispiel des beschriebenen Antriebes

2Q wird angenommen, daß die Fahrgeschwindigkeit bei Zug- und Bremsbetrieb gleichbleibe;«-; ist und daß die Getriebeübersetzungen so bemessen sind, daß bei einer Motordrehzahl von 794 Upm das Triebzahnrad 46 eine Drehzahl von 200 Upm und die Adhäsionsräder 74, 76 eine Drehzahl von 160 Upm aufweisen, wobei die Adhäsionsräd^r einen Durchmesser von 1000 mm und das Triebzahnrad einen Durchmesser von 800 mm aufweisen. Dabei sind die Umfangsgeschwindigkeiten gleich und entsprechen der Fahrgeschwindigkeit Das Sonnenrad 12 und die Planetenräder 14, 16 haben dabei eine Zähnezahl von je 20, das Hohlrad 18 eine Zähnezahl von 60 und das Zahnrad 34 sowie das Zahnrad 42 eine Zähnezahl von 24 bzw. 96. Die Zahnräder 52,54 haben eine Zähnezahl von 48 bzw. 47, während das Zahnrad 58 eine Zähnezahl von 25 aufweist. Das Ritzel 62 hat eine Zähnezahl von 20 und das Zahnrad 72 eine Zähnezahl von 97. Das Zahnrad 34 rotiert dabei mit einer Drehzahl von 800 Upm, das Ritzel 62 mit einer Drehzahl von 752 Upm. Die Zugkraftaufteilung beträgt dabei für das Triebzahnrad 48 ca. 75%, für die Adhäsionsräder ca. 25°/c Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, kann das Zahnrad 34 ungehindert mit höherer Drehzahl laufen als das mit der Welle 56 verbundene Ritzel 62, während das Ritzel 62, sobald es die gleiche Drehzahl erreicht wie da» Zahnrad 34, d. h. bei Drehzahldifferenz Null, mit diesem in formschlüssige Verbindung tritt. Falls bei Zugbetrieb die Adhäsionsräder 74, 76 bei verschlechterten Reibungsverhältnissen zwischen Rad und Schiene zu schleudern beginnen, kann das Ritzel 62 nur bis zur gleichen Drehzahl

so wie das Zahnrad 34 beschleunigen, d. h. bis beide die gleiche Drehzahl von 800 Upm aufweisen, wobei die Drehzahidifferenz Null beträgt und ein vorbestimmtei' maximeler Schlupf von ca. +3% vorhanden ist Bei Bremsbetrieb tritt umgekehrt die Sperrklinkenverzahnung 60 am Zahnrad 58 zusammen mit der Sperrklinke 68 in Funktion. In diesem Falle kann das Ritzei62 ungehindert mit höherer Drehzahl als das Zahnrad 58 laufen. Sobald jedoch bei verschlechterter Reibung zwischen Adhäsionsrad und Lchiene das Ritzel 62 in der Drehzahl zurückbleibt und bei der Drehzahldifferenz Null den Drehzahlwert von 752 Upm erreicht, tritt die Sperrklinke 68 in formschlüssige Verbindung mit d?r Sperrklinkenverzahnung 60 und verhindert eine weitere Veränderung der Drehzahl des Ritzels 62 gegenüber dem Zahnrad 58. Der maximale Schlupf ist in diesem Falle auf einen Wert von ca. —3% festgelegt.

Bei Umkehr der Fahrtrichtung müssen auch die SDerrmittel bzw. die ÜberholkiiDDlune umeeDolt wer-

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den. Ein Beispiel einer solchen umpolbaren Überhol- 136 -5,8UPm. Die Zugkraftaufteilung und der maxikupplung ist in F i g. 3 dargestellt. male Schlupf sind gleich wie im vorstehend beschriebe-

In diesem Falle weist die Welle 56a eine kippbar gela- nen Beispiel.

gerte doppelpolige Sperrklinke 90 auf, welche in eine Beim Betrieb dreht sich das Hohlrad 136 gemäß

dazugehörige drehrichtungsunabhängige, symmetrische 5 F i g. 5 in der Richtung des Pfeiles 170 bei der dargcstcll-Sperrklinkenverzahnung 92 im Zahnrad 34a eingreift. ten Lage der Sperrklinke 142, während sich das Hohlrad Die Sperrklinkenverzahnung 90 wird von pneumati- 134 bei entgegengesetzter Stellung der Sperrklinke 144 sehen Kolben 94,96 beaufschlagt, welche in zylindrische in umgekehrter Richtung dreht. Sollte nun z. B. bei Zug-Bohrungen 98,100 geführt sind und mit Zugfedern 102, betrieb wegen verminderter Reibungsverhältnisse /wi- 104 verbunden sind. Die Bohrungen 98, 100 werden io sehen Adhäsionsrad und Schiene das Adhäsionsrad zu über achsparaüele Luftzufuhrbohrungen 106, 108 und schleudern beginnen, so vermindert sich die normalernicht dargestellte Rotationskupplungen sowie Ventile weise negative Drehzahldifferenz zwischen Hohlrad abwechselnd mit Druckluft beaufs:hlagt, wobei die 136 und Gehäuse 31 auf Null, wobei die Sperrklinke eine Sperrklinke entweder mit ihrem linken Sperrzahn 110 weitere Veränderung der Drehzahldifferenz bzw. eine oder, wie in Fig. 3 dargestellt, mit ihrem rechten Sperr- 15 Umkehr der Drehrichtung des Hohlrades 136 verhinzahn 112 mit der Sperrklinkenverzahnung 92 zum Ein- den. Der Schlupf zwischen Adhäsionsrad und Triebgriff gelangt, zahnrad hat nun seinen maximalen Wert von + 3% cr-

Beim als Verzweigungsgetriebe dienenden Planeten- reicht und kann sich nicht weiter verändern. Falls umgcgeiriebc ί 14 (F i g. 4) isi das Suimcnrau 12 direkt rnii der kehrt das genannte Schleudern bei Brernsbetrieb siaü-Motorwelle 116 drehfest verbunden. Mit der letzteren 20 findet, vermindert sich die normalerweise positive sind auch als dem Antriebsmotor zugeordnete Trieb- Drehzahldifferenz zwischen Hohlrad 134 und Gehäuse stellen die Sonnräder 118,120 zweier weiterer Planeten- 31 auf Null bis die Sperrklinke 144 eine weitere Verängetriebe 122,124 drehfest verbunden, deren Planetenrä- derung der Drehzahldifferenz bzw. eine Umkehr der der mit 126,128 bzw. 130, 132 bezeichnet sind, und mit Drehrichtung des Hohlrades 134 verhindert. Der Hohlrädern 134 bzw. 136 kämmen, welche außen mit 25 Schlupf hat nun seinen minimalen Wert von — 3% errichtungsunabhängigen, symmetrischen Sperrklinken- reicht. Wie aus der bereits genannten CH-PS 5 87 738 verzahnungen 138 bzw. 140 versehen sind. Am Gehäuse bekannt ist, kann das Verzweigungsgetriebe 10, 114 auf 31 sind Sperrklinken 142, 144 befestigt, welche an die reinen ? .dhäsionsstrecken durch Abbremsen des Trieb-Sperrklinkenverzahnungen 138, 140 angreifen. Die Pia- Zahnrades zu einem festen Getriebe mit einem anderen netenräder 14,126, 130 bzw. 16,128,132 sind jeweils auf 30 Übersetzungsverhältnis umgewandelt werden. Da sich gemeinsamen Achsen 146 bzw. 148 gelagert, welche die Sperrmittel de·- Überholkupplung in diesem Falle durch einen gemeinsamen Steg 150 verbunden sind, des- störend auswirken würden, müssen diese auskuppelbar sen Welle 57 in der Hohlwelle 32 gelagert ist und mit sein. Ein Beispiel hierfür zeigt F i g. 6. einem Ritzel 63 drehfest verbunden ist, das über ein an Es versteht sich, daß als Sperrglied bzw. Überhol-

einem Zapfen 152 gelagertes Zahnrad 154 mit dem 35 kupplung auch Freiläufe mit Klemmkörpern oder Zahnrad 42 kämmt. Das Ritzel 35 des Hohlrades 18 Klemmrollen verwendet werden können, kämmt über an Zapfen !56,158 gelagerten Zahnrädern Die Betätigung der Sperrkünken 90_: 142, 144 kann

160, 162 mit dem Zahnrad 72. Die Planetenräder 126, auch durch hydraulisch betätigte Kolben oder elektro- 128 mit ihren Achsen 146, 148 sowie die Planetenräder magnetisch erfolgen.

130, 132 mit den gleichen Achsen bilden dabei jeweils 40 Es versteht sich, daß die Überholkupplung bei reinem eine dem Triebzahnrad 46 zugeordnete Triebstelle. Adhäsionsbetrieb auskuppelbar sein kann.

Übe.- die Hohlräder 134 bzw. 136 wird aus den Drehzah-

len gebildet. Die Zapfen 152, 156, 158 sind über einen Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Steg 164 miteinander verbunden. Wie aus F i g. 5 her-

vorgeht, wird auch die Sperrklinke 142 mittels pneuma- 45
tischer Kolben 94, % betätigt, welche in Bohrungen 166, 168 im Gehäuse 31 angeordnet _:nd, und mit nicht dargestellten Druckluftzufuhrleitungen und Ventilen verbunden sind.

Für ein Betriebsbeispiel des zuletzt beschriebenen 50
Antriebes wird wiederum angenommen, daß die Fahrgeschwindigkeit bei Zug- und Bremsbetrieb gleichbleibend ist und daß die Getriebeübersetzungen so bemessen sind, daß bei einer Motordrehzahl von 2800 Upm
das Triebzahnrad 46 und die Adhäsionsräder 74, 76 bei 55
gleichen Abmessungen wie im Beispiel gemäß F i g. 1
unveränderte Drehzahl und gleiche Umfangsgeschwindigkeit aufweisen. Die Sonnenräder 12, 118, 120 haben
dabei eine Zähnezahl von je 40,20,19; die Planetenräder
16,128,132 haben eine Zähnezahl von je 30, 27, 25; die ω
Hohlräder 134, 136 eine Zähnezahl von je 74, 69; das
Hohlrad 18 eine Zähnezahl von 100, das Ritzel 35 eine
Zähnezahl von 56 und das Zahnrad 72 eine Zähnezahl
von 98. Das Ritzel 63 hat eine Zähnezahl von 32 und das
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Kit/cls 15 betragt dabei - .280 Upm und die Drehzahl
des Ritzels 63+600 Upm. Die Drehzahl des Hohlrades
134 beträgt +5,4 Upm und die Drehzahl des Hohlrades

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Antrieb eines Schienentriebfahrzeuges für wahlweisen Zahnrad- und Adhäsionsbetrieb oder Adhäsionsbetrieb, mit einem Verzweigungsgetriebe, das eine variable Drehzahlaufteilung bei konstanter Drehmomentaufteilung ermöglicht, und drei durch das Verzweigungsgetriebe miteinander verbundenen, aus Antriebsmotor und zwei Untersetzungsge- to trieben bestehenden Antriebszweigen, wobei das eine Untersetzungsgetriebe einem zum Eingriff in eine Zahnstange bestimmten Triebzahnrad und das andere einer mit Adhäsionsrädern verbundenen Triebachse des Fahrzeuges zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der getrieblichen Verbindung zwischen Triebzahnrad (46) und Adhäsionsrad (74, 76) wenigstens eine Oberholkupplung (48, 66; 60,68; 92, 90; 138,142; 140,144) vorgesehen ist, die nur bei Überschreitung eines vorgegebenen Schiupfwertes durch das Adhäsiünirad (74,76) beide Antriebszweige starr miteinander kuppelt

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überholkupplung (48,66; 60,68; 92,90) zwischen jeweils zwei, verschiedenen Antriebszweigen zugeordneten Triebstellen /62; 34,34a; 58) vorgesehen ist.

3. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei, verschiedenen Antriebszweigen zugehörigen Triebstellen (118; 126, 146; 128, 148; 120; 130, 'M, 132,148) ein Verzweigungs- bzw. Differentialgetriebe (122, 124) zugeordnet ist und daß die Überholkuppiung (138, 142; 140, 144) zwischen einer Triebstelle des ietzteren und einer dem dritten Antriebszweig zugeoraneten Triebstelle oder dem stillstehenden Getriebegehäuse (31) vorgesehen ist.

4. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleicher Fahrtrichtung getrennte Überholkupplungen (48, 66; 60, 68; 92, 90; 138, 142; 140, 144) für Zug- und Bremsbetrieb vorgesehen sind.

5. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Überholkupplung (48,66; 60,68; 92,90) zwischen zwei dem Triebzahnrad (46) zugeordneten, unterschiedliche Drehzahlen aufweisenden Triebstellen (34, 34a; 58) und einer gemeinsamen dritten, dem Adhäsionsrad (74,76) zugeordneten Triebstelle (62) angreift.