-
Kraftübertragungseznrichtung für mindestens zwei formschlüssig gekuppelte
Achsgetriebe und Drehmomentstütze dazu, insbesondere für Schienenfahrzeuge Da bei
einem Triebfahrzeug für die Übertragung der Zugkraft zwischen Rad und Schiene üblicherweise
nur ein Fünftel des Reibungsgewichtes nutzbar ist, werden zur Erzielung der erforderlichen
Leistung am Zughaken meist mehrere Treibradsätze vorgesehen, die durch Stangen oder
Wellen formschlüssig miteinander gekuppelt sind. Die Drehbewegung dieser Treibräder
ist aber trotz der Kupplung nicht gleich, wenn bei der Kraftübertragung durch Gelenke
und ungleiche Länge der Verbindungswellen, insbesondere beim Anfahren, verschiedene
Verdrehungswinkel an den Achsgetrieben auftreten. Die Unterschiede können sogar
so groß sein, daß sie zu empfindlichen Störungen, wie z. B. zum Bruch der Kardanwellen,
Veranlassung geben können.
-
Die Anordnung der Maschinenanlage in. einem Triebwagen erfordert häufig
eine unterschiedliche Längenbemessung der Gelenkwellen, d. h. eine längere und eine
kürzere zu den Achsgetrieben führende Gelenkwelle. Trotz ausreichender Querschnittsbemessung
wird die lange Welle gegenüber der gemeinsamen Abtriebswelle am Verteilergetriebe
häufig einen größeren Verdrehungswinkel am Achsgetriebe aufweisen als die kurze
Welle und daheerst nach Überwindung dieses Winkelun.tersc -iedes, also später, wirksam
werden. Außerdem wird die Kraftübertragung dadurch beeinflußt, und zwar
verzögert,
daß das Achsgetriebe federnd abgestützt ist und die Durchfederung der Abstützung
als Reaktionskraft ein Abwälzen und eine Drehung des Kegelritzels verursacht, bevor
eine Drehbewegung des zugehörigen Tellerrades bzw. der Treibachswelle einsetzt.
Man hat wie beim Straßenkraftfahrzeug auch bei Schienenfahrzeugen mechanische oder
hydraulische Ausgleichgetriebe oder ähnliche Mittel in der Kraftübertragung vor
den einzelnen Achsgetrieben vorgesehen, um z. B. die unterschiedliche Abwicklung
der Radkränze auf der Schierle und die durch die wechselweise Verspannung der Wellen
verursachte unterschiedliche Drehbewegung gekuppelter Achsgetriebe auszugleichen
und dadurch eine bessere Verteilung der Antriebskraft zu erreichen. Bei einem bekannten
Triebwagenantrieb, wo der Antriebsmotor auf ein hydraulisches Getriebe arbeitet
und von dort über zwei verschieden lange Gelenkwellen formschlüssig mit den durch
Tragfedern abgestützten Achsgetrieben gekuppelt ist, ist der längeren Gelenkwelle
eine Drehmomentstütze mit längerem Hebelarm und der kürzeren Gelenkwelle eine mit
kürzerem Hebelarm zugeordnet. Bei diesem bekannten Triebwagenantrieb: sind die Gegenlager
für die Drehmomentstützen vermutlich Gummiblocks. Irgendwelche Zusammenhänge zwischen
den Gelenkwellen, den Hebelarmen der Drehmomentstützen und der Abfederung dieser
Stützen sind nicht geoffenbart und auch nicht erkennbar. So ergeben. diese Einrichtungen
auch mit einer etwaigen elastischen Abstützung der Drehmomentstützen keine Lehre
für einen Ausgleich der Winkelunterschiede in den Achsgetrieben.
-
Erfindungsgemäß wird nun bei einer Kraftübertragungseinrichtung, insbesondere
für Schienenfahrzeuge, die wie die meisten Ausführungen bisher nicht mit einem Ausgleichgetriebe
vor den Achsgetrieben versehen ist, sondern eine formschlüssige Verbindung der Achsgetriebe
aufweist, die unterschiedliche Drehbewegung der formschlüssig gekuppelten Achsgetriebe
dadurch ausgeglichen., daß der Ausschlagwinkel der Drehmomentstützen bzw. die Abfederung
der Drehmomentabstützung der Achsgetriebe zur Kompensierung der Verdrehungswinkel
der Enden der Verbindungswellen benutzt wird.
-
Dies geschieht in der Weise, daß die Elastizität der Feder der Abstützung
jedes Achsgetriebes etwa im umgekehrten Verhältnis zu dem auftretenden Winkelunterschied
der zwischen Verteilergetriebe und Achsgetriebe liegenden Enden der Verbindungswelle
bemessen ist, und zwar sind dabei die Hebelarmlängen und die Durchfederung der Drehmomentstützen
derart zueinander abgestimmt, daß die aus dem Winkelunterschied der Verbindungswellenenden
und aus der Durchfederung der Drehmomentstütze des zugehörigen Achsgetriebes sich
ergebende Gesamtelastizität an allen Achsgetrieben, die formschlüssig miteinander
gekuppelt sind, jeweils nahezu gleich groß ist.
-
Sind nun die Hebelarmlängen aller Drehmomentstützen gleich, so ist
die Feder, zwischen der das freie Ende der Drehmomentstütze gelagert wird, etwa
im umgekehrten. Verhältnis zu dem Winkelunterschied der Wellenenden zu bemessen,
so daß die Elastizität der Feder zusammen mit der Verdrehungselastizität der zugehörigen
Verbindungs-,velle für alle gekuppelten Achsgetriebe jeweils gleich groß ist. Der
Welle mit dem größeren Verdrehungswinkel würde demgemäß eine Drehmomentstütze mit
härterer und geringerer Durchfederung, also kleinem Winkelausschlag, zugeordnet
sein, während das gekuppelte andere Achsgetriebe mit kleinem Wellenverdrehungswinkel
an seiner Drehmomentstütze eine weichere größere Durchfederung mit größerem Winkelausschlag
erhält.
-
Bei Verwendung gleicher Federn ist die Hebelarmlänge der Drehmomentstützen.
etwa im gleichen Verhältnis der Wellenverdrehungswinkel zu bemessen, so däß das
Moment eine Durchfederung der Abstützung und einen Winkelausschlag der Drehmomentstütze
hervorruft, der zur Kompensierung des Winkelunterschiedes der zugehörigen Verbindungswelle
erforderlich ist. Dieser Unterschied wird also durch einen mehr- oder weniger großen
Winkelausschlag der Drehmomentstütze ausgeglichen.
-
Der Ausgleich kann auch in der Weise erfolgen, daß die Drehmomentstützen
der Achsgetriebe über ein entsprechend ausgebildetes Hebel- und Gestängesystem formschlüssig
miteinander verbunden sind, indem ihre wirksamen Hebelarmlängen etwa proportional
der Größe der Verdrehungswinkel bemessen sind. Die Abstützung kann hierbei durch
eine gemeinsame Feder erfolgen. Auch. bei dieser Anordnung wird entsprechend dem
Verdrehungswinkel der einen Verbindungswelle mittels der Durchfederung und dem Winkelausschlag
der zu dem anderen Achsgetriebe gehörenden. Drehmomentstütze eine Kompensierung
und Angleichung der Verdrehungswinkel in der Kraftübertragung an den formschlüssig
gekuppelten Achsgetrieben erreicht. Vorzugsweise können für die Federung Formstücke
aus Gummi, z. B. Ringe, verwendet werden.
-
In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Drehmomentabstützung dargestellt.
-
Fig. i zeigt im Prinzip bei gleichen Hebellängen der Drehmomentstützen
die unterschiedliche Abfederung der Stützdrücke, indem diegrößere Elastizität der
Abstützung durch höhere Gummiringe angedeutet ist; Fig. 2 zeigt die Verbindung zweier
formschlüssig miteinander verbundener Drehmomentstützen mit unterschiedlicher Hebelarmlänge
und gemeinsamer Abfederung; Fig. 3 zeigt ähnlich Fig. i im Prinzip bei gleichen
Hebellängen der Drehmomentstützen die unterschiedliche Abfederung der Stützdrücke,
jedoch ist nach dieser Abbildung ein drittes Achsgetrielbe vorgesehen, das mit dem
benachbarten Achsgetriebe formschlüssig gekuppelt ist.
-
Mit i ist der Antriebsmotor bezeichnet, der durch ein Verbindungsglied
2 mit einem beliebigen Drehmomen.twandler und Wendegetriebe 3 verbunden ist,
mit
dessen Abtri.ebswelle 3o die verschieden langen Verbindungswellen 4 und 5 gekuppelt
sind. Die kurze Verbindungswelle 4 führt zu dem Achsgetriebe 40, dessen Drehmomentstütze
4i bzw. 42, 43 über die Federn 46 bzw. 58 am Rahmen. 12 abgestützt ist. Die lange
Verbindungswelle 5 führt in entsprechender Weise zu dem Achsgetriebe 5o mit Drehmomentstütze
51 bzw. 52, 53 und Stützfeder 56 bzw. 58. Um bei beiden Treibachsen den gleichen
Drehsinn zu erhalten, ist das Tellerrad des Achsgetriebes 5o., vom Beschauer aus
gesehen, hinter dem zugehörigen Kegelrifizel und das Tellerrad des Achsgetriebes
40 vor dem .zugehörigen Kegelrad angeordnet. Die Drehmomentstützen 41 und
5 1 haben gleichlange Hebelarme, jedoch ist die Gummifeder 46 weicher als
die Gummifeder 56, weil die Enden der langen Verbindungswelle 5 einen größeren Verdrehungswinkel
als die Enden der kurzen Welle 4 haben und der unterschiedliche Drehwinkelbetrag
durch die größere Durchfederung der weichen Feder ausgeglichen werden soll. Zur
Kompensierung der unterschiedlichen Elastizität beider Wellen wird also der langen
Welle 5 mit dem größeren Verdrehungswinkel eine Drehmomentstütze -5 i mit härterer
Ab stützfeder 56, also kleinerem Winkelausschlag zugeordnet als der kurzen Verbindungswelle
4 mit ihrem kleinen Verdrehungswinkel.
-
In entsprechender Weise ist in Fig. 2 der langen Verbindungswelle
5 eine Drehmomentstütze 52 mit einem langen Hebelarm und der kurzen Verbindungswelle
4 eine Drehmomentstütze 42 mit kurzem Hebelarm zugeordnet. Beide Drehmomentstützen
52 und 42 greifen mittels Stangen 55 und 45 an einem im Lager 14 gelenkig gelagerten
Hebel 13 an, der sich über die Federn 58 nach beiden Richtungen abstützt.
-
Nach Fig. 3 ist an dem Achsgetriebe 4o eine weitere Verbindungswelle
6 angelenkt, die das mit der Drehmomentstütze 63 versehene Achsgetriebe 6o antreibt.
Um wiederum für alle Treibachsen. den gleichen, Drehsinn zu erhalten, sind hier
die Tellerräder der Achsgetriebe 40 und 5o hinter und das Tellerrad des Achsgetriebes
6o vor dem zugehörigen Kegelritzel angeordnet. Die Drehmomentstützen 43, 53 und.
63 sind gleich lang, ihre Federung 46, 56, 66 jedoch der Länge der Verbindungswellen
4, 5 und 6 entsprechend verschieden.
-
Um die Forderung zu erfüllen, da,ß insbesondere beim Anfahren die
Antriebskraft auf alle Treibachsen gleichmäßig übertragen wird, ist es also erforderlich,
daß die Drehung des Kegelritzels, die durch die vom Drehmoment verursachte Torsion
der Verbindungswelle und durch die härtere oder weichere Abfederung der Drehmomentstütze
hervorgerufen wird, an jedem Achsgetriebe gleich groß ist.
-
Der unter einem bestimmten Moment eintretenden Durchfederung f in
der Drehmomentstütze eines Achsgetriebes möge bei der Hebelarmlänge y der Drehmomentstütze
ein Winkelausschlag O entsprechen, dem infolge des Übersetzungsverhältnisses zwischen
Tellerrad und Ritzel eine Verdrehung des Kegelritzels um einen größeren Winkel y
entspricht. Bei der Übertragung eines bestimmten Drehmomentes auf das Tellerrad
des Achsgetriebes wird sich das Kegelritzel zunächst um den Winkel y drehen, indem
es sich auf dem Tellerrad der noch feststehenden;Treibachse abwälzt. Die Drehmomentstütze
wird dabei um den. Winkel o verdreht, bis durch die proportional der Belastung erfolgende
Durchfederung f an. dem Hebelarm r ein gleich großes Drehmoment erreicht
ist wie an dem Kegelritzel.
-
Der V erdrehwinkel y am Kegelritzel eines Achsgetriebes wird nun gegenüber
der noch uriverrückt feststehenden Treibachse noch durch den unterschiedlichen Verdrehungswinkel
8 derVerbin.dungswelle gegenüber der Abtriebswelle 30 vergrößert.
-
Damit die Bedingung der gleichmäßigen, Belastung beim Anfahren erfüllt
ist, muß also bei jedem Achsgetriebe das durch die Verdrehung des Kegelritzels verursachte
gesamte tote Spiel gleich groß gehalten werden, oder formelmäßig ausgedrückt Y4+a4=y5+b5=y6+86
sein, wobei mit ö der Verdrehungswinkel der Verbindungswellen 4 bzw. 5 bzw. 4 und
6 am Kegelritzel gegenüber der Abtriebswelle 3o des Verteiler-bzw. Wechselgetriebes
3 und y der sich, wie oben erläutert, aus der Durchfederung f der Drehmomen.tstütze
ergebende Verdrehwinkel des Kegelritzels gegenüber der feststehenden Treibachse
bezeichnet sind. Hierbei sind jeweils gleiche Achsgetriebe und das gleiche Drehmoment
am Eingang der Verbindungswellen. vorausgesetzt.
-
Hiernach kann die Anordnung mit gleicher Wirkung auch in beliebiger
Weise verändert ausgeführt werden, sofern jeweils die Summe der Elastizität der
Verbindungswelle und der Elastizität der Abstützurig des Drehmomentes an allen formschlüssig
miteinander gekuppelten Achsgetrieben die gleiche ist, wie dies unterhalb der Fig.
3 graphisch dargestellt ist.
-
Anspruch 7 ist ein, reiner Unteranspruch und gilt nur in Verbindung
mit Anspruch i.