EP0043340B1 - Schienengebundenes elektrisches Triebfahrzeug - Google Patents

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EP0043340B1
EP0043340B1 EP81730059A EP81730059A EP0043340B1 EP 0043340 B1 EP0043340 B1 EP 0043340B1 EP 81730059 A EP81730059 A EP 81730059A EP 81730059 A EP81730059 A EP 81730059A EP 0043340 B1 EP0043340 B1 EP 0043340B1
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vehicle according
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Günter Bille
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Siemens AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F3/00—Types of bogies
    • B61F3/16—Types of bogies with a separate axle for each wheel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C9/00—Locomotives or motor railcars characterised by the type of transmission system used; Transmission systems specially adapted for locomotives or motor railcars
    • B61C9/38—Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion
    • B61C9/44—Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion with hollow transmission shaft concentric with wheel axis

Definitions

  • the invention relates to a rail-bound electric traction vehicle, in which the electric traction motor drives a drive wheel via gears, both drive wheels being fastened on separate shaft sections, one of which runs out to a shaft journal, while the other has a hollow shaft stub, which, meshing and guided against one another , form a driving axis.
  • Such a locomotive is known from DE-C-4 96 993.
  • the torque generated by the electric traction motor is given in the known locomotive in the usual way via the pinion on the large wheel and this is designed inside as a differential gear, so that on the one hand the torque is transmitted to the hollow shaft and on the other hand to the shaft journal, each one of the driving wheels.
  • Both axle halves interlock only for the purpose of axial locking, which is why an inner thrust bearing is provided in combination with an inner shoulder bearing. This is to prevent harmful effects on the differential gear.
  • the two axle halves are supported independently of each other.
  • the axle halves with the hollow shaft stub are supported by means of a journal bearing, while the other axle half, which form the middle shaft journal, is only supported outside the hollow shaft in the differential gear.
  • the bearings must absorb the full speed of the axle halves, which is why roller bearings are used.
  • the use of a differential gear is very complex.
  • EP-A-0 005 777 discloses a rail-bound electric locomotive in which the two driving wheels associated with a driving axle are each driven separately by an electric traction motor. Each drive wheel is attached to a hollow shaft and the two hollow shafts are each mounted on a common, rigid axle. This results in a mechanical decoupling of the two drive wheels and the slippage of one of the wheels that otherwise occurs when cornering is avoided.
  • the full speed of the drive wheels is applied to the mounting of the hollow shaft on the rigid axle, which necessitates the use of grease or oil lubricated bearings, in particular roller bearings.
  • the outer diameter of the hollow shafts must be selected to be relatively large. Furthermore, there is no suspension with the large wheel or the drive motor, which worsens the running properties.
  • CH-A-4 52 584 also describes a mechanically decoupled axle, the wheels of which are arranged on separate shaft sections.
  • the one shaft section that carries one wheel consists of a hollow shaft that surrounds the other shaft that carries the other wheel. Since this is a pure running axle, in which no torques are transmitted to the wheels, the hollow shaft is supported on the other shaft via plain bearings.
  • the present invention has for its object to make the mechanical decoupling of the drive wheels in a rail-bound electric traction vehicle so that their space requirements and maintenance are low.
  • the shaft journal is mounted via slide bearings within the hollow shaft stump and the electric traction motor is designed as a double-rotor motor, of which the independent rotor shafts are each connected to a shaft section of the drive shaft.
  • These plain bearings between the two shaft sections, i. H. between the shaft journal and the hollow shaft stub is in each case loaded only by slight differences in speed, namely only by those that would correspond to the slip occurring when cornering or due to different wear.
  • the load on the plain bearings is very low and they can be designed accordingly for little space and maintenance.
  • the given mechanical decoupling is not short-circuited by the rotor shaft of the electric traction motor, since the latter is designed as a double-rotor motor and thus has two mutually independent rotor shafts, one of which drives a shaft section via the transmission.
  • Such a mechanically decoupled driving axle of a traction vehicle can be used both with single-axle drives and with two-axle drives.
  • a two-axis longitudinal drive it is recommended that two longitudinal double-rotor motors each drive one shaft section of the two drive axles and that the double-rotor bearings are mounted one inside the other.
  • the electric traction motor 1 is designed as a double-rotor motor, ie the two rotors, which are mounted independently of one another in a manner not shown and each drive a pinion 2 or 3, lie within a common stator and are therefore subject to common excitation.
  • Each pinion 2 or 3 drives a shaft section 6 or 7 of the drive shaft 8 via the large wheel 4 or 5.
  • the traction motor 1 is mounted on both shaft sections 6, 7 with the aid of paw bearings 9 and 10.
  • a drive wheel 11 or 12 is attached to each shaft section 6 or 7 of the drive shaft 8.
  • the shaft section 6 terminates in a shaft journal 13 which projects into the interior of the hollow shaft stub 14 which the shaft section 7 has.
  • the two dry-lubricated slide bearings 15 serve to center the shaft journal 13 in the hollow shaft stub 14. Only the slip speed resulting from cornering or different wear of the drive wheels 11 and 12 is present, so that the slide bearings 15 are loaded only to a very small extent .
  • This special design of the drive axle 8 achieves mechanical decoupling of the two drive wheels 11 and 12, as a result of which the noise which occurs during operation of the locomotive is reduced and the maintenance interval for equalizing the drive wheel diameters can be increased.
  • Fig. 2 shows the use of such a mechanically decoupled drive axle 8 in a two-axis longitudinal drive.
  • a pair of double-rotor motors consisting of two double-rotor motors located in a common stator 16 with a common end plate 17, serves as the electric traction motor for driving the two mechanically decoupled adjacent drive axles 8. This saves weight and can produce the laminated cores in a single cut.
  • the two rotors 18 and 19 or 20 and 21 of each double-rotor motor are mounted one inside the other via a shaft journal 22 or 23. This also provides mechanical decoupling for the adjacent shaft sections 6 and 7 of the adjacent drive axles driven by each double-rotor motor.
  • each double-rotor motor drives a large wheel 26 arranged on a shaft section 6 or 7 via a pinion 25 designed as a bevel gear.
  • the common for each drive shaft 8 gear housing 27 is mounted on roller bearings 28 on the two shaft sections 6 and 7.
  • the rotors 18 and 20 of the double-rotor motors lying next to one another are given an opposite direction of rotation.
  • a large wheel 26 would have to be mounted rotated by 180 °, which would result in completely identical gears.
  • the mechanically decoupled drive axles 8 can be used with all longitudinal drive principles with a double rotor motor, even if they have a different construction than that shown in the exemplary embodiment.
  • the drive masses of the electric traction vehicle can only be cushioned to a limited extent by providing appropriate rubber elements in the drive wheels themselves.
  • the large wheels 26 are not mounted on the shaft sections 6 or 7 of the drive shaft 8 themselves, but rather on a hollow shaft 29 or 30, which surrounds the drive shaft 8 with play.
  • the hollow shaft 29 carries a shoulder 31 of smaller diameter, which projects into the interior of the hollow shaft 30 and is supported there with bearings 32.
  • These bearings 32 are designed as dry-lubricated, maintenance-free plain bearings, since the relative speed between the two hollow shafts 29 and 30 is also very low.
  • each hollow shaft 29 or 30 is connected to the associated shaft section 6 or 7 via a centering and elastic coupling 33.
  • the clutch 33 is shown as a rubber ring spring clutch, but there are also other flexible couplings, such as. B. handlebar couplings. As a result of the presence of these clutches 33, the mass of the hollow shafts 29, 30 with the drive parts, not shown, is primarily cushioned with respect to the drive axle 8 with the drive wheels 11 and 12.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein schienengebundenes elektrisches Triebfahrzeug, bei dem der elektrische Fahrmotor über Getriebe jeweils ein Treibrad antreibt, wobei beide Treibräder auf getrennten Wellenabschnitten befestigt sind, von denen einer zu einem Wellenzapfen ausläuft, während der andere einen Hohlwellenstumpf aufweist, die, ineinandergreifend und gegeneinander geführt, eine Treibachse bilden.
  • Ein derartiges Triebfahrzeug ist aus der DE-C-4 96 993 bekannt. Das von dem elektrischen Fahrmotor erzeugte Drehmoment wird bei dem bekannten Triebfahrzeug in üblicher Weise über das Ritzel auf das Großrad gegeben und dieses ist im Innern als Differentialgetriebe ausgebildet, so daß einerseits das Drehmoment auf die Hohlwelle und andererseits auf den Wellenzapfen übertragen werden, die jeweils eines der Treibräder tragen. Beide Achshälften greifen nur zum Zweck der axialen Arretierung ineinander, weshalb ein inneres Drucklager in Kombination mit einem inneren Schulterlager vorgesehen ist. Auf diese Weise sollen schädliche Auswirkungen auf das Differentialgetriebe verhindert werden. Gelagert sind die beiden Achshälften unabhängig voneinander. Die Lagerung der Achshälften mit dem Hohlwellenstumpf erfolgt mittels Tatzlager, während die andere Achshälfte, die den mittleren Wellenzapfen bilden, nur außerhalb der Hohlwelle im Differentialgetriebe gelagert ist. Die Lager müssen die volle Drehzahl der Achshälften aufnehmen, weshalb Wälzlager verwendet sind. Außerdem ist der Einsatz eines Differentialgetriebes sehr aufwendig.
  • Weiterhin ist aus der EP-A-0 005 777 ein schienengebundenes elektrisches Triebfahrzeug bekannt, bei dem die einer Treibachse zugehörigen beiden Treibräder jeweils separat von einem elektrischen Fahrmotor angetrieben werden. Jedes Treibrad ist auf einer Hohlwelle befestigt und die beiden Hohlwellen sind jeweils auf einer gemeinsamen, stehenden Starrachse gelagert. Dadurch erreicht man eine mechanische Entkopplung der beiden Treibräder und der sonst bei Kurvenfahrten auftretende Schlupf eines der Räder wird vermieden. Bei der bekannten Anordnung steht an der Lagerung der Hohlwelle auf der Starrachse jeweils die volle Drehzahl der Treibräder an, was die Verwendung von fett-oder ölgeschmierten Lagern, insbesondere Wälzlager, erforderlich macht. Dadurch muß der Außendurchmesser der Hohlwellen verhältnismäßig groß gewählt werden. Weiterhin ist keine Federung mit dem Großrad und auch des Fahrmotors gegeben, wodurch sich die Laufeigenschaften verschlechtern.
  • Ferner ist auch in der CH-A-4 52 584 eine mechanisch entkoppelte Achse beschrieben, deren Räder auf getrennten Wellenabschnitten angeordnet sind. Der eine Wellenabschnitt, der ein Rad trägt, besteht aus einer Hohlwelle, welche die andere Welle, die das andere Rad trägt, umgibt. Da es sich hierbei um eine reine Laufachse handelt, bei der keine Drehmomente auf die Räder übertragen werden, ist die Hohlwelle über Gleitlager auf der anderen Welle gelagert.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem schienengebundenen elektrischen Triebfahrzeug die mechanische Entkopplung der Treibräder so vorzunehmen, daß ihr Raumbedarf und der Wartungsaufwand gering sind.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Triebfahrzeug der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung der Wellenzapfen über Gleitlager innerhalb des Hohlwellenstumpfes gelagert und der elektrische Fahrmotor ist als Doppelläufermotor ausgebildet, von dessen unabhängigen Läuferwellen jeweils eine mit einem Wellenabschnitt der Treibachse verbunden ist. Diese Gleitlager zwischen den beiden Wellenabschnitten, d. h. zwischen dem Wellenzapfen und dem Hohlwellenstumpf, wird jeweils nur durch geringe Drehzahldifferenzen belastet, nämlich nur durch die, die dem bei Kurvenfahrten oder durch unterschiedliche Abnutzung entstehenden Schlupf entsprechen würden. Dazu ist die Belastung der Gleitlager sehr gering und sie können entsprechend für geringen Raumbedarf und Wartungsaufwand ausgelegt werden. Außerdem wird die gegebene mechanische Entkopplung nicht durch die Läuferwelle des elektrischen Fahrmotors kurzgeschlossen, da dieser als Doppelläufermotor ausgebildet ist und somit zwei voneinander unabhängige Läuferwellen aufweist, von denen jeweils eine über das Getriebe einen Wellenabschnitt antreibt.
  • Es ist besonders vorteilhaft, das Gleitlager zwischen Wellenzapfen und Hohlwellenstumpf trockengeschmiert auszubilden, weil dann keinerlei lagerbedingte Wartung notwendig ist.
  • Eine derartige mechanisch entkoppelte Treibachse eines Triebfahrzeuges kann sowohl bei Einzelachsantrieben als auch bei Zweiachsantrieben eingesetzt werden. Bei einem ZweiachsLängsantrieb empfiehlt es sich, daß zwei längsliegende Doppelläufermotoren jeweils einen Wellenabschnitt der beiden Treibachsen antreiben und daß die Doppelläufer ineinander gelagert sind.
  • Im folgenden sei die Erfindung noch anhand der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
    • Fig. 1 zeigt schematisch dargestellt einen senkrechten Schnitt durch die Treibachse eines Einzelachsantriebes. In
    • Fig. 2 ist der Teil eines Längsschnittes durch einen Zweiachsantrieb dargestellt und
    • Fig. 3 zeigt, ohne die dazugehörigen Fahrmotoren, teilweise im Schnitt, den Aufbau einer für einen im Drehgestell befestigten Antrieb geeigneten Treibachse.
  • Bei dem in Fig. 1 dargestellten einachsigen Querantrieb eines schienengebundenen elektrischen Triebfahrzeuges ist der elektrische Fahrmotor 1 als Doppelläufermotor ausgebildet, d. h. die beiden in nicht dargestellter Weise unabhängig voneinander gelagerten und jeweils ein Ritzel 2 bzw. 3 antreibenden Läufer liegen innerhalb eines gemeinsamen Ständers und unterliegen somit einer gemeinsamen Erregung. Jedes Ritzel 2 bzw. 3 treibt über das Großrad 4 bzw. 5 einen Wellenabschnitt 6 bzw. 7 der Treibachse 8 an. Der Fahrmotor 1 ist mit Hilfe von Tatzlagern 9 und 10 auf beiden Wellenabschnitten 6, 7 gelagert.
  • Auf jeden Wellenabschnitt 6 bzw. 7 der Treibachse 8 ist ein Treibrad 11 bzw. 12 befestigt. Der Wellenabschnitt 6 läuft an seinem dem Wellenabschnitt 7 zugewandten Ende zu einem Wellenzapfen 13 aus, der in das Innere des Hohlwellenstumpfes 14 hineinragt, den der Wellenabschnitt 7 aufweist. Zur zentrierenden Lagerung des Wellenzapfens 13 in dem Hohlwellenstumpf 14 dienen die beiden trocken geschmierten Gleitlager 15. An diesen steht jeweils nur die infolge Kurvenfahrt oder unterschiedliche Abnutzung der Treibräder 11 und 12 entstehende Schlupfdrehzahl an, so daß die Gleitlager 15 nur in ganz geringem Maß belastet werden.
  • Durch diesen besonderen Aufbau der Treibachse 8 ist eine mechanische Entkopplung der beiden Treibräder 11 und 12 erreicht, wodurch die beim Betrieb des Triebfahrzeuges auftretende Geräuschentwicklung verringert ist und der Wartungsabstand für das Egalisieren der Treibraddurchmesser vergrößert werden kann.
  • Fig. 2 zeigt die Verwendung einer derartigen mechanisch entkoppelten Treibachse 8 bei einem Zweiachslängsantrieb. Für gleiche Teile wurden die gleichen Bezugszeichen beibehalten. Als elektrischer Fahrmotor für den Antrieb der beiden mechanisch entkoppelten benachbarten Treibachsen 8 dient ein Doppelläufermotorpaar, bestehend aus zwei in einem gemeinsamen Ständer 16 mit gemeinsamen Lagerschild 17 liegenden Doppelläufermotoren. Dadurch erzielt man eine Gewichtsersparnis und kann die Blechpakete in einem gemeinsamen Schnitt herstellen. Die beiden Läufer 18 und 19 bzw. 20 und 21 jedes Doppelläufermotors sind über einen Wellenzapfen 22 bzw. 23 ineinander gelagert. Dadurch ist auch für die durch jeden Doppelläufermotor angetriebenen benachbarten Wellenabschnitte 6 bzw. 7 der benachbarten Treibachsen eine mechanische Entkopplung gegeben.
  • Die Läuferwelle 24 jedes Doppelläufermotors treibt jeweils über ein als Kegelrad ausgebildetes Ritzel 25 ein auf einem Wellenabschnitt 6 bzw. 7 angeordnetes Großrad 26 an. Das für jede Treibachse 8 gemeinsame Getriebegehäuse 27 ist über Wälzlager 28 auf den beiden Wellenabschnitten 6 bzw. 7 gelagert.
  • Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung der Kegelräder 25 und 26 ist den Läufern 18 bzw. 20 der nebeneinander liegenden Doppelläufermotoren eine gegenläufige Drehrichtung vorgegeben. Im Fall gleichsinniger Drehrichtung der nebeneinander liegenden Doppelläufermotoren müßte ein Großrad 26 um 180° gedreht montiert werden, dann ergäben sich auch völlig identische Getriebe. Die mechanisch entkoppelten Treibachsen 8 lassen sich bei allen Längsantriebsprinzipien mit Doppelläufermotor anwenden, auch wenn diese einen anderen konstruktiven Aufbau als im Ausführungsbeispiel dargestellt aufweisen.
  • Bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Antriebsmassen des elektrischen Triebfahrzeuges nur beschränkt abfederbar, indem entsprechende Gummielemente in den Treibrädern selbst vorzusehen sind. Ein Ausführungsbeispiel, bei dem der elektrische Fahrmotor im Drehgestell befestigt oder, bei Zweiachslängsantrieben, schwebend angeordnet sein kann, um die Antriebsmassen abzufedern, ist der in Fig. 3 dargestellten Treibachse 8 ausführbar, bei dem ebenfalls für mit den bisherigen Ausführungsbeispielen übereinstimmende Teile die bisherigen Bezugszeichen beibehalten werden.
  • Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Großräder 26 nicht auf den Wellenabschnitten 6 bzw. 7 der Treibachse 8 selbst gelagert, sondern jeweils auf einer Hohlwelle 29 bzw. 30, welche die Treibachse 8 mit Spiel umgibt. Die Hohlwelle 29 trägt einen Ansatz 31 geringeren Durchmessers, der in das Innere der Hohlwelle 30 hineinragt und dort mit Lagern 32 gelagert ist. Diese Lager 32 sind als trockengeschmierte wartungsfreie Gleitlager ausgebildet, da auch die Relativdrehzahl zwischen beiden Hohlwellen 29 bzw. 30 sehr gering ist. Außerdem ist jede Hohlwelle 29 bzw. 30 über eine zentrierende und elastische Kupplung 33 mit dem zugehörigen Wellenabschnitt 6 bzw. 7 verbunden. Die Kupplung 33 ist als Gummiringfederkupplung dargestellt, es sind aber auch andere elastische Kupplungen, wie z. B. Lenkerkupplungen, geeignet. Infolge des Vorhandenseins dieser Kupplungen 33 ist die Masse der Hohlwellen 29, 30 mit dem nicht dargestellten Antriebsteilen gegenüber der Treibachse 8 mit den Treibrädern 11 und 12 primär abgefedert.

Claims (7)

1. Schienengebundenes elektrisches Triebfahrzeug, bei dem der elektrische Fahrmotor (1) über Getriebe jeweils ein Treibrad (11, 12) antreibt, wobei beide Treibräder (11, 12) auf getrennten Wellenabschnitten (6, 7) befestigt sind, von denen einer zu einem Wellenzapfen (13) ausläuft, während der andere einen Hohlwellenstumpf (14) aufweist, die, ineinandergreifend und gegeneinander geführt, eine Treibachse bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenzapfen (13) über Gleitlager (15) innerhalb des Hohlwellenstumpfes (14) gelagert ist und daß der elektrische Fahrmotor (1) als Doppelläufermotor ausgebildet ist, von dessen unabhängigen Läuferwellen (24) jeweils eine mit einem Wellenabschnitt (6, 7) der Treibachse verbunden ist.
2. Triebfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager (15) zwischen Wellenzapfen (13) und Hohlwellenstumpf (14) trockengeschmiert ausgebildet ist.
3. Triebfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Großrad (4,5,26) des Getriebes jeweils auf den getrennten Wellenabschnitten (6, 7) befestigt ist.
4. Triebfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Großrad (26) des Getriebes jeweils auf einer die getrennten Wellenabschnitte (6, 7) mit Spiel umgebenden Hohlwelle (29, 30) befestigt ist, von denen eine mit einem Ansatz (31) in der anderen gelagert ist und daß die Hohlwellen (29, 30) über je eine zentrierende und elastische Kupplung (33) mit einem Wellenabschnitt (6, 7) verbunden sind.
5. Triebfahrzeug nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelläufermotor (1) über Tatzlager (9, 10) auf jeden der beiden Wellenabschnitte (6,7) gelagert ist.
6. Triebfahrzeug nach Anspruch 1, 2 oder 3 mit einem Zweiachslängsantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß zwei längsliegende Doppelläufermotoren (1) jeweils einen Wellenabschnitt (6, 7) der beiden Treibachsen (8) antreiben und daß die Doppelläufer (18, 19, 20, 21) ineinander gelagert sind.
7. Triebfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden längsliegenden Fahrmotoren einen gemeinsamen Ständer aufweisen.
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