EP0054134A1 - Double axle drive for rail vehicles - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Doppelachsantrieb für Schienenfahrzeuge mit in einem Drehgestell oder Rahmen gelagerten Radsätzen und einem zwischen diesen in Fahrtrichtung liegenden Elektromotor, der an seinen Stirnseiten je ein Winkelgetriebe mit einer Kegelradstufe zum Antreiben der Radsätze trägt und dessen Ankerwelle auf den Antriebswellen der Winkelgetriebe an sich gegenseitig drehbar radial gelagert und mit diesen durch je eine nur Drehmomente übertragende Kupplung verbunden ist.The invention relates to a double-axle drive for rail vehicles with wheelsets mounted in a bogie or frame and an electric motor located between them in the direction of travel, which has an angular gear on its end faces with a bevel gear stage for driving the wheel sets and its armature shaft on the drive shafts of the angular gear mutually rotatably supported radially and is connected to them by a torque transmitting clutch only.
Ein derartiger Antrieb, dessen Winkelgetriebe in einem einzigen Kegelradpaar besteht, ist durch die deutsche Offenlegungsschrift 25 48 058 bekannt. Er kann Antriebstypen, die eine Gewichtsverringerung durch schnellaufende und daher kleinere Motoren zum Ziel gesetzt haben, allerdings nicht gerecht werden, weil das einstufige Getriebe zur genügenden Drehzahlreduktion in der Regel nicht ausreicht.Such a drive, whose angular gear consists of a single pair of bevel gears, is known from German Offenlegungsschrift 25 48 058. However, it cannot do justice to drive types that aim to reduce weight through high-speed and therefore smaller motors, because the single-stage gearbox is usually not sufficient to reduce the speed sufficiently.
Es ist ferner durch die deutsche Offenlegungsschrift 26 16 310 bekannt, das Drehmoment der Ankerwelle auf die Ritzelwelle nicht durch eine Kupplung, sondern durch ein dazwischengeschaltetes Planetengetriebe mit feststehendem Planetenträger zu übertragen. Bei dieser Anordnung kehrt sich die Drehrichtung des äußeren Zentralrades gegenüber der Drehrichtung des inneren Zentralrades um. Da das mit der Ankerwelle fest verbundene innere Zentralrad sich auf der Kegelritzelwelle mindestens in radialer Richtung abstützt, entsteht eine Relativdrehzahl, die sich aus Motordrehzahl plus Kegelritzeldrehzahl zusammensetzt. Damit sind Drehzahlgrößen erreicht, die schmiertechnisch für die Lagerung der Ankerwelle in der Ritzelwelle kaum zu bewältigen sind.It is also known from German Offenlegungsschrift 26 16 310 to transmit the torque of the armature shaft to the pinion shaft not through a clutch, but through an interposed planetary gear with a fixed planet carrier. With this arrangement, the direction of rotation of the outer central wheel is reversed with respect to the direction of rotation of the inner central wheel. Because that is firmly connected to the armature shaft inner central wheel is supported on the bevel pinion shaft at least in the radial direction, a relative speed arises, which is composed of the engine speed plus the bevel pinion speed. This achieves speed values that are difficult to manage in terms of lubrication for the mounting of the armature shaft in the pinion shaft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Doppelachsantrieb der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er den Einbau hoher Motorleistungen und verbessert Kurvenlaufeigenschaften ermöglicht, ohne daß dabei das Gewicht des Drehgestells in dem durch den Stand der Technik bekannten Maße steigt. Unter diesem Aspekt soll insbesondere die Möglichkeit geschaffen werden, eine Bremse für die Laufräder vorsehen zu können und schmiertechnische Probleme zu beseitigen.The invention has for its object to provide a double-axle drive of the type mentioned in such a way that it enables the installation of high engine performance and improves cornering properties without the weight of the bogie increasing to the extent known from the prior art. From this point of view, the possibility should be created in particular of being able to provide a brake for the impellers and of eliminating lubrication problems.
Die Erfindung besteht darin, daß das Winkelgetriebe zweistufig ausgebildet ist und eine der Stufen in stirnverzahntem Ritzel und Großrad besteht.The invention consists in that the bevel gear is of two stages and one of the stages consists of a spur gear and a large gear.
Es ist zwar bei einem Winkelgetriebe für Schienenfahrzeug-Antriebe durch die deutsche Offenlegungsschrift 29 10 392 bekannt, das übersetzungsverhältnis des Getriebes neben der Kegelradstufe noch durch eine hinzugeschaltete Stirnradstufe zu bewirken. Bei diesem Antrieb ergeben sich aber nicht die Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden sollen.In the case of an angular gear for rail vehicle drives, it is known from German Offenlegungsschrift 29 10 392 to effect the transmission ratio of the gear in addition to the bevel gear stage by means of an additional spur gear stage. However, this drive does not give rise to the problems which the invention is intended to solve.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die bewährte Lagerung der Ankerwelle des Elektromotors auf den Antriebswellen der Winkelgetriebe auch auf schnellaufende Elektromotoren Dank des hohen übersetzungsvermögens der Winkelgetriebe ausgeweitet werden kann, ohne daß dabei schmiertechnische Probleme bei der Ankerwellenlagerung oder Gewichtsprobleme beim Einbau hoher Leistungen oder das Problem auftauchen, daß sich die Ankerwelle auf den Antriebswellen über eine Drehmomente übertragende Zentrierung abstützen sollte. Bei der Erfindung wird das Drehmoment mit Hilfe der Kupplungen um die Zentrierung (Lagerung) herumgeführt. Dadurch, daß die eine Getriebestufe eine Stirnradstufe ist, kann der Motor günstig in bezug auf den Gesamtschwerpunkt tief angeordnet werden oder auch der Achsabstand der Laufräder, wenn die Stirnradstufe die triebsstufe ist, erheblich verkürzt werden, was sich günstig auswirkt, wenn das Drehgestell bei Kurvenfahrt ausdreht. Dadurch, daß in dem Winkelgetriebe nunmehr eine Zwischenwelle vorhanden ist, besteht die Möglichkeit, diese Welle aus dem Getriebegehäuse herauszuführen und auf ihr eine Scheibenbremse anzuordnen, und zwar im Gegensatz zu den üblichen Lösungen, bei denen die Bremsscheibe auf der Welle der Laufräder vorgesehen ist. Da auf der Zwischenwelle das Drehmoment erheblich kleiner ist, sind die Abmessungen der Bremse ebenfalls kleiner und ihr Gewicht leichter.An advantage of the invention is that the proven mounting of the armature shaft of the electric motor on the drive shafts of the angular gear can also be extended to high-speed electric motors thanks to the high translation capacity of the angular gear, without lubrication problems in the armature shaft bearing or weight problems when installing high power or that The problem arises that the armature shaft should be supported on the drive shafts via a torque-transmitting centering. In the invention, the torque is guided around the centering (bearing) with the aid of the couplings. The fact that the one gear stage is a spur gear stage, the motor can be arranged low in relation to the overall center of gravity or the center distance of the impellers when the spur gear stage drive stage is significantly shortened, which has a positive effect when the bogie turns when cornering. The fact that there is now an intermediate shaft in the angular gear, there is the possibility of leading this shaft out of the gear housing and arranging a disc brake on it, in contrast to the usual solutions in which the brake disc is provided on the shaft of the impellers. Since the torque on the intermediate shaft is considerably smaller, the dimensions of the brake are also smaller and their weight is lighter.
Die günstigen Kurvenlaufeigenschaften des Doppelachsantriebs sind insbesondere zu erreichen, wenn vorteilhaft das stirnverzahnte Großrad in der Abtriebsstufe und mit seinem Mittelpunkt um sein Ritzel herum - vom Elektromotor abgewandt - in einem schräg nach unten weisenden Winkelbereich von etwa 200° angeordnet ist, dessen einer Schenkel schräg nach oben weisend etwa unter 45° gegen die Horizontale geneigt ist.The favorable cornering properties of the double-axle drive can be achieved in particular if the spur-toothed large wheel in the output stage and with its center around its pinion - facing away from the electric motor - is arranged in an obliquely downward angle range of approximately 200 °, one leg of which is inclined pointing at an angle of about 45 ° to the horizontal.
Zweckmäßig ist das Großrad in dem vom Elektromotor abgewandten Bereich seines Ritzels angeordnet. Hierdurch kann der Motor schwerpunktgünstig tief liegen, aber auch verhältnismäßig hoch angesetzt werden, wenn z.B. hohe Bodenfreiheit gewünscht wird.The large wheel is expediently arranged in the region of its pinion facing away from the electric motor. As a result, the motor can be low in terms of focus, but can also be set relatively high if, for example, high ground clearance is desired.
Das stirnverzahnte Großrad kann vorteilhaft auch in dem dem Elektromotor zugewandten Bereich seines Ritzels angeordnet sein. Hierdurch werden extrem kurze Achsabstände im Drehgestell möglich, wobei die erreichbaren Maße wesentlich unter den Achsabständen einstufiger Antriebe liegen, insbesondere wenn zweckmäßig das Ritzel der Kegelradstufe mit dem Kegelrad in dessen vom Elektromotor abgewandtem Bereich kämmt und dort mit seiner Welle in einem Lager endet.The spur-toothed large wheel can advantageously also be arranged in the area of its pinion facing the electric motor. This makes extremely short center distances in the bogie possible, the achievable dimensions being significantly less than the center distances of single-stage drives, especially if the pinion of the bevel gear stage meshes with the bevel gear in its area facing away from the electric motor and ends there with its shaft in a bearing.
Für die Anordnung einer Scheibenbremse hat es sich schließlich als besonders vorteilhaft ergeben, mit der Welle des stirnverzahnten Ritzels das Gehäuse des Winkelgetriebes senkrecht zur Fahrtrichtung durchsetzen zu lassen und die Welle außen mit einer Bremsscheibe zu versehen, an der eine direkt am Gehäuse aufgehängte Bremseinrichtung angreift.For the arrangement of a disc brake, it finally turned out to be particularly advantageous to have the shaft of the spur gear pinion push through the housing of the angular gear perpendicular to the direction of travel and to provide the outside of the shaft with a brake disc on which a braking device suspended directly on the housing acts.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1 einen Doppelachsantrieb mit einem hochliegenden Elektromotor,
- Fig. 2 einen Doppelachsantrieb mit einem tiefliegenden Elektromotor,
- Fig. 3 einen Doppelachsantrieb mit einem besonders kurzen Achsabstand,
- Fig. 4 einen Doppelachsantrieb mit einem noch weiter verkürzten Achsabstand,
- Fig. 5 die Draufsicht eines Doppelachsantriebs im Schnitt, der in der linken Figurenhälfte durch die Mitte des Antriebsmotors gemäß Fig. 1 und in der rechten Figurenhälfte durch dieselbe gemäß Fig. 2 verläuft und
- Fig. 6 die Draufsicht eines Doppelachsantriebs im Schnitt, der in der linken Figurenhälfte durch die Mitte des Antriebsmotors gemäß Fig. 3 und in der rechten Figurenhälfte durch dieselbe gemäß Fig. 4 verläuft.
- 1 shows a double-axis drive with a high-lying electric motor,
- 2 a double-axis drive with a low-lying electric motor,
- 3 shows a double-axis drive with a particularly short center distance,
- 4 shows a double-axle drive with an even shorter center distance,
- Fig. 5 is a plan view in section of a double-axis drive which in the left half of the figure runs through the center of the drive motor according to FIG. 1 and in the right half of the figure through the same according to FIG. 2 and
- Fig. 6 is a plan view in section of a double-axis drive, which in the left half of the figure runs through the center of the drive motor according to FIG. 3 and in the right half of the figure through the same according to FIG. 4.
Ein Doppelachsantrieb besteht aus zwei Radsätzen 1, je einem auf der Achswelle 2 der Radsätze treibend montierten zweistufigen Winkelgetriebe 3 und einem Elektromotor 4, der mit seiner Ankerwelle 5 in der Fahrtrichtung angeordnet ist und an seinen Stirnseiten die Winkelgetriebe 3 trägt.A double-axle drive consists of two
Jedes der Winkelgetriebe 3 weist eine Kegelradstufe mit einem Ritzel 6 auf, das am Ende der Antriebswelle 7 oder auch Kegelritzelwelle des Getriebes sitzt und mit einem Kegelrad 8 kämmt. Die Welle 9 des Kegelrades 8 bildet eine Zwischenwelle und weist ein stirnverzahntes Ritzel 10 auf, das mit einem Großrad 11 kämmt und mit diesem zusammen die Abtriebsstufe bildet.Each of the
Die Ankerwelle 5 ist auf abgesetzten Enden der Kegelritzelwellen 7 zentriert und an sich frei drehbar gelagert. Das Drehmoment wird dabei durch je eine dreh- und biegeelastische Kupplung 12 um die Zentrierungs-und Lagerungsstellen herumgeführt. Der Anker des Elektromotors 4 ist insofern nur mittelbar in dem Motor-Getriebe-Block gelagert, und zwar über die dort unmittelbar und statisch bestimmt gelagerten Kegelritzelwellen 7. Die Winkelgetriebe 3 sind in bezug auf den Elektromotor 4 spiegelbildlich derart ausgebildet, daß ihre die Mittelpunkte der Zwischenwelle 9 und der Achswelle 2 in der Seitenansicht (Fig. 1) verbindenden Linien nach unten divergieren. Diese Anordnung gewährleistet eine hohe Bodenfreiheit des Drehgestells.The
Wie die Fig. 5 zeigt, ist die Zwischenwelle 9 beidseitig aus dem Gehäuse 13 des Winkelgetriebes 3 herausgeführt. Sie trägt an ihren Enden je eine Bremsscheibe 14, an der Bremseinrichtungen 15 angreifen, z.B. eine Bremszange 16 mit einem Bremszylinder 17. Die zwei letzteren sind mit dem Gehäuse 13 verbunden, so daß zwischen der Bremsscheibe 14 und den Bremseinrichtungen 15 keine Relativbewegung entsteht.As shown in FIG. 5, the
Die Figuren 2 bis 4 bzw. 6 sind der Figur 1 bzw. 5 ähnlich und enthalten Teile, die mit den bisher behandelten Teilen größtenteils identisch sind. Diese identischen Teile sind daher im einzelnen nicht mehr beschrieben aber unverändert beziffert, und zwar jeweils auf der rechten Figurenhälfte, da die linke Antriebshälfte spiegelbildlich ist.Figures 2 to 4 and 6 are similar to Figures 1 and 5 and contain parts that are largely identical to the parts discussed so far. These identical parts are therefore no longer described in detail but numbered unchanged, in each case on the right half of the figure, since the left half of the drive is a mirror image.
Hervorzuheben ist, daß die Winkelgetriebe 3a in bezug auf den Elektromotor 4 spiegelbildlich derart ausgebildet sind, daß ihre die Mittelpunkte der Zwischenwelle 9 und der Achswelle 2 in der Seitenansicht verbindenden Linien nach oben divergieren. Dabei ist die Achswelle 2 in einem Winkelbereich um den Mittelpunkt der Zwischenwelle 9 angeordnet, dessen einer Schenkel 18 schräg nach oben weisend etwa unter 45° gegen die Horizontale geneigt ist und der sich hiervon nach unten erstreckt. Diese Anordnung begünstigt das Heruntersenken des Elektromotors 4 und gewährleistet einen tiefliegenden Gesamtschwerpunkt.It should be emphasized that the
Die Winkelgetriebe 3b und 3c in den Figuren 3 und 4 sind in bezug auf den Elektromotor 4 spiegelbildlich so ausgebildet, daß ihre die Mittelpunkte der Zwischenwelle 9 und der Achswelle 2 in der Seitenansicht verbindenden Linien nach unten konvergieren. Dabei ist die Achswelle 2 um den Mittelpunkt der Zwischenwelle 9 herum jeweils in einer nach unten weisenden Winkelbereich angeordnet, der sich von der Lotrechten etwa bis zu 65° zum Elektromotor 4 hin erstreckt. Diese Anordnungen gewährleisten einen besonders kurzen Achsabstand. Dies ist deutlich in Fig. 4 zu sehen, wo das Ritzel 6 auf der Kegelritzelwelle 7a in dem vom Elektromotor 4 angewandten Bereich des Kegelrades 8 mit diesem kämmt. Jenseits des Ritzels 6 ist ein Lager 19 für das Ende der Kegelritzelwelle 7a vorgesehen. Die letztere und die Achswelle 2 kreuzen sich hier räum-lich, was in der rechten Häfte der Fig. 6 noch deutlicher zu sehen ist. Dort ist die Zwischenwelle 9a nur einseitig aus dem Winkelgetriebe 3c herausgeführt. Für diesen Radsatz 1 ist daher nur eine einzige Bremsscheibe 14 mit den zugehörigen Bremseinrichtungen 15 vorgesehen.The
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