EP2548782B1

EP2548782B1 - Gear assembly of a rail vehicle

Info

Publication number: EP2548782B1
Application number: EP12172004.9A
Authority: EP
Inventors: Friedrich Diermeier
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2032-06-14
Also published as: EP2548782A1; DE102011079515A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung zum Antrieb einer Radsatzwelle eines Schienenfahrzeuges gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.The present invention relates to a gear arrangement for driving a wheel set shaft of a rail vehicle according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art.

Beispielsweise aus der Druckschrift DE 102 52 192 A1 ist ein Achsgetriebe für einen schienengebundenen Triebwagen bekannt. Üblicherweise ist das Achsgetriebe als Getriebeanordnung zwischen den linken und rechten Antriebsrädern einer Radsatzwelle unterflurig, also unterhalb des Fahrzeugbodens eingebaut. Das Getriebe ist antriebsseitig mit einem Antriebsmotor und abtriebsseitig mit der Radsatzwelle des Drehgestells des Schienenfahrzeuges verbunden. Die Antriebswelle ist parallel zur Fahrtrichtung angeordnet, wobei der Abtrieb bzw. die Radsatzwelle quer zur Fahrtrichtung angeordnet ist. Demzufolge ist ein Kegeltrieb zwischen der Antriebswelle und der Radsatzwelle erforderlich. Um die bei dem Schienenfahrzeug geforderten hohen Drehzahlen zu erreichen, ist eine vorbestimmte Übersetzung notwendig, so dass neben dem Kegeltrieb auch ein Stirnradtrieb vorgesehen ist. Die Antriebswelle ist deshalb über eine Stirnradstufe mit einem Kegelritzel verbunden, welches mit einem Tellerrad in Eingriff steht, welches mit der Radsatzwelle gekoppelt ist.For example, from the document DE 102 52 192 A1 is known a axle drive for a rail-bound railcar. Usually, the axle drive as a gear arrangement between the left and right drive wheels of a wheelset below ground, so installed below the vehicle floor. The transmission is the drive side connected to a drive motor and the output side with the axle of the bogie of the rail vehicle. The drive shaft is arranged parallel to the direction of travel, wherein the output or the wheelset is arranged transversely to the direction of travel. Consequently, a bevel drive between the drive shaft and the axle is required. In order to achieve the required for the rail vehicle high speeds, a predetermined ratio is necessary so that in addition to the bevel gear and a spur gear is provided. The drive shaft is therefore connected via a spur gear with a bevel pinion, which is in engagement with a ring gear, which is coupled to the axle.

Da der Bauraum für die Getriebeanordnung innerhalb einer vorgegebenen Begrenzungskontur unterhalb des Fahrzeugbodens liegt, steht für das Getriebe nur ein schmaler Einbauraum zur Verfügung. Aufgrund der geforderten, hohen Getriebeübersetzung ist jedoch ein vorbestimmter vertikaler Abstand zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb erforderlich, sodass dadurch in nachteiliger Weise eine Erhöhung des Hypoidversatzes bei dem Kegeltrieb bewirkt wird.Since the space for the gear assembly is within a predetermined boundary contour below the vehicle floor, only a narrow installation space is available for the transmission. Due to the required, high gear ratio, however, a predetermined vertical distance between the drive and the output is required, thereby adversely increasing the Hypoidversatzes is effected in the bevel gear.

Aus der als nächstliegend angesehenen Druckschrift DE 26 16 310 A1 ist eine Getriebeanordnung zum Antrieb einer Radsatzwelle eines Schienenfahrzeuges, mit einer Antriebswelle, die über einen Planetenradsatz und einen Winkeltrieb mit der Radsatzwelle gekoppelt ist, bekannt. Dabei wird das Sonnenrad des Planetenradsatzes von der Antriebswelle angetrieben und das Hohlrad des Planetenradsatzes treibt den abtriebsseitig angeordneten Winkeltrieb an.From the next closest publication DE 26 16 310 A1 is a transmission assembly for driving a wheelset shaft of a rail vehicle, with a drive shaft which is coupled via a planetary gear and an angle drive with the wheelset known. In this case, the sun gear of the planetary gear is driven by the drive shaft and the ring gear of the planetary gear drives the output side arranged angle drive.

Des Weiteren ist aus der DE 195 27 951 A1 eine Antriebseinheit mit einer Antriebsmaschine zum Antrieb wenigstens eines Rades bekannt, bei dem die Antriebsmaschine achsversetzt zur Radachse angeordnet ist. Dabei kämmt ein mit der Abtriebswelle der Antriebsmaschine drehfest verbundenes Ritzel mit der Innenverzahnung eines Hohlrades. Das Hohlrad ist wiederum drehfest mit der Radachse koppelbar.Furthermore, from the DE 195 27 951 A1 a drive unit with a drive machine for driving at least one wheel, in which the drive machine is arranged offset in the axial direction to the wheel axle. It meshes with the output shaft of the drive machine rotatably connected pinion with the internal teeth of a ring gear. The ring gear is in turn rotatably coupled to the wheel axle.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Getriebeanordnung der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, welche einerseits die vorgegebene Getriebeübersetzung bereitstellt und andererseits den Hypoidversatz auf ein Minimum reduziert.The present invention is based on the object to propose a gear arrangement of the type described above, which on the one hand provides the predetermined gear ratio and on the other hand reduces the Hypoidversatz to a minimum.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen aus den Unteransprüchen und aus der Zeichnung sowie der dazugehörigen Beschreibung ergeben.This object is achieved by the features of claim 1, wherein advantageous embodiments of the dependent claims and from the drawings and the associated description.

Es wird eine Getriebeanordnung zum Antrieb einer Radsatzwelle eines Schienenfahrzeuges vorgeschlagen, wobei die Getriebeanordnung antriebsseitig mit einem zum Beispiel elektrischen Antriebsmotor und abtriebsseitig mit der Radsatzwelle zum Antrieb der daran befestigten Antriebsräder des Schienenfahrzeuges verbunden ist. Die Getriebeanordnung umfasst zumindest einen mit einer Antriebswelle verbundenen Stirnradtrieb und zumindest einen mit der Radsatzwelle verbundenen Winkeltrieb, wobei der Strinradtrieb einen von der Antriebswelle bzw. dem Antriebsmotor angetriebenes Stirnrad mit einer Außenverzahnung oder dergleichen und einen den Winkeltrieb antreibendes Hohlrad mit einer Innenverzahnung oder dergleichen umfasst.It is proposed a gear arrangement for driving a wheel set shaft of a rail vehicle, wherein the gear assembly is connected on the drive side with an example electric drive motor and the output side with the wheelset to drive the attached drive wheels of the rail vehicle. The transmission arrangement comprises at least one spur gear drive connected to a drive shaft and at least one angle drive connected to the wheelset shaft, the road wheel drive comprising a spur gear driven by the drive shaft or the drive motor with external teeth or the like and a ring gear driving the angle drive with internal gearing or the like.

Auf diese Weise wird bei dem Schienenfahrzeug durch die vorgeschlagene Getriebeanordnung quasi eine Innen-Stirnradstufe realisiert, welche aufgrund des sich ergebenen Achsabstandes der Stirnradstufe den vertikalen Abstand bei der Getriebeanordnung überbrückt, so dass nur der geringe verbleibende vertikale Abstand über einen geringen Hypoidversatz überbrückt werden muss. Somit wird nicht nur die spezielle vorgegebene Einbausituation bei dem Schienenfahrzeug berücksichtigt, sondern zusätzlich die erforderliche Übersetzung und somit auch die gewünschten Drehzahlen und Drehmomente an dem Schienenfahrzeug mit der vorgeschlagenen Getriebeanordnung bereitstellt.In this way, in the rail vehicle by the proposed gear arrangement quasi an internal spur gear realized, which bridges the vertical distance in the gear assembly due to the resulting axial distance of the spur gear, so that only the small remaining vertical distance must be bridged over a small Hypoidversatz. Thus, not only the specific predetermined installation situation is considered in the rail vehicle, but additionally provides the required translation and thus also the desired speeds and torques on the rail vehicle with the proposed gear arrangement.

Gemäß der Erfindung wird das Innenzahnrad bei dem Stirnradtrieb auf konstruktiv einfache Weise dadurch realisiert, dass das einen kleineren Durchmesser als das Hohlrad aufweisende Stirnrad zumindest abschnittsweise innerhalb des Hohlrades angeordnet ist, so dass die Außenverzahnung des Stirnrades mit der Innenverzahnung des Hohlrades kämmt. Durch diese ineinander verschachtelte Anordnungsmöglichkeit bei dem Stirnradtrieb kann der sich bei dem als Hypoidtrieb ausgeführten, abtriebsseitigen Winkeltrieb ergebende Hypoidversatz auf ein Normalmaß beschränkt werden. Ferner ergibt sich der Vorteil, dass keine zusätzlichen Bauteile, wie zum Beispiel weitere Zahnräder und Zwischenwellen erforderlich sind, so dass die Anzahl der Bauteile auf ein Minimum beschränkt wird, welches zur Reduzierung des Gesamtgewichtes der Getriebeanordnung beiträgt, wodurch eine vorgegebene Gewichtsbegrenzung bei dem Schienenfahrzeug ohne weiteres eingehalten werden kann.According to the invention, the internal gear is realized in the spur gear in a structurally simple manner that the smaller diameter than the ring gear having spur gear is at least partially disposed within the ring gear, so that the external teeth of the spur gear meshes with the internal teeth of the ring gear. By this interleaved arrangement possibility in the spur gear of the hypoid displacement resulting in the hypoid drive, output-side angle drive resulting hypoid offset can be limited to a normal level. Furthermore, there is the advantage that no additional components, such as other gears and intermediate shafts are required, so that the number of components is limited to a minimum, which contributes to reducing the total weight of the transmission assembly, whereby a predetermined weight limit in the rail vehicle without further can be complied with.

Aufgrund der geringen Anzahl von Bauteilen kann nicht nur das Gehäuse der Getriebeanordnung möglichst bauraumsparend ausgestaltet werden, sondern es ergeben sich weitere konstruktive Vereinfachungen bezüglich der erforderlichen Lagerungen bei der besonders kompakt aufgebauten Getriebeanordnung, da zum Beispiel Lagerstellen gemeinsam von verschiedenen Bauteilen genutzt werden können.Due to the small number of components, not only the housing of the gear assembly can be designed to save space, but there are more constructive simplifications in terms of the required bearings in the particularly compact design gear assembly, as for example bearing points can be shared by different components.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der Zeichnung weiter erläutert. Die einzige Figur der Erfindung zeigt beispielhaft eine mögliche Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung zum Antrieb einer Radsatzwelle 1 eines Schienenfahrzeuges, wie zum Beispiel eines Triebwagens oder dergleichen.The present invention will be further explained with reference to the drawing. The sole figure of the invention shows an example of a possible embodiment of a gear arrangement according to the invention for driving a wheel set shaft 1 of a rail vehicle, such as a railcar or the like.

Die Getriebeanordnung umfasst ein Getriebegehäuse 2, in dem zumindest abschnittsweise eine mit einem nicht weiter dargestellten Antriebsmotor verbindbare Antriebswelle 3 gelagert ist, welche über einen Stirnradtrieb und einen Winkeltrieb mit der Radsatzwelle 1 gekoppelt ist. Dazu ergibt sich zwischen dem Antrieb bzw. der Antriebswelle 3 und dem Abtrieb bzw. der Radsatzwelle 1 ein vertikaler Abstand C.The gear arrangement comprises a gear housing 2, in which at least in sections a connectable to a drive motor not shown drive shaft 3 is mounted, which is coupled via a spur gear and an angle drive with the wheelset 1. This results between the drive or the drive shaft 3 and the output or the wheelset 1, a vertical distance C.

Um diesen vertikalen Abstand C durch den Stirnradtrieb nicht weiter zu vergrößern, ist bei der vorgeschlagenen Getriebeanordnung vorgesehen, dass der Stirnradtrieb ein mit der Antriebswelle 3 verbundenes Stirnrad 4 mit einer Außenverzahnung 5 und ein mit dem Winkeltrieb gekoppeltes Hohlrad 6 mit einer Innenverzahnung 7 umfasst. Das Stirnrad 4 ist derart bemessen, dass es zumindest abschnittsweise innerhalb des Hohlrades 6 angeordnet ist, so dass die Außenverzahnung 5 mit der Innenverzahnung 7 des Hohlrades 6 in Eingriff steht.In order not to increase this vertical distance C through the spur gear, it is provided in the proposed gear arrangement that the spur gear comprises a connected to the drive shaft 3 spur gear 4 with an external toothing 5 and a coupled with the angular drive ring gear 6 with internal teeth 7. The spur gear 4 is dimensioned such that it is at least partially disposed within the ring gear 6, so that the external toothing 5 is in engagement with the internal toothing 7 of the ring gear 6.

Zur Lagerung des Stirnrades 4 und der Antriebswelle 3 ist eine gemeinsame Lagerung vorgesehen, wobei in der Figur nur eine Lagerstelle 8 ersichtlich ist. Das Hohlrad 6 weist eine axiale Länge auf, die so bemessen ist, dass das Hohlrad 6 mit einem Kegelritzel 9 des als Hypoidtrieb bzw. Hypoidstufe ausgebildeten Winkeltriebes verbunden ist. Die beiden Lagerstellen 10 des Hohlrades 6 dienen gleichzeitig auch zur Lagerung des Kegelritzels 9. Das Kegelritzel 9 steht mit einem Tellerrad 11 des Hypoidtriebes in Eingriff, wobei das Tellerrad 11 mit der Radsatzwelle 1 verbunden ist.For storage of the spur gear 4 and the drive shaft 3, a common storage is provided, in the figure, only one bearing 8 is visible. The ring gear 6 has an axial length which is dimensioned such that the ring gear 6 is connected to a bevel pinion 9 of the hypoid drive or hypoid stage formed angle drive. The two bearing points 10 of the ring gear 6 also serve to support the bevel pinion 9. The bevel pinion 9 is in engagement with a ring gear 11 of the hypoid drive, wherein the ring gear 11 is connected to the wheelset shaft 1.

Die Verbindung zwischen dem Hohlrad 6 und dem Kegelritzel 9 kann, wie in der Figur gezeigt, über ein Hülsenelement 12 realisiert werden, indem der Schaft des Kegelritzels 9 im Inneren des Hülsenelements 12 angeordnet ist, wobei das Hülsenelement 12 wiederum in dem Innendurchmesser bzw. im Inneren des Hohlrades 6 aufgenommen ist. Diese Verbindung kann beispielsweise durch einen Pressverband bzw. durch Einpressen realisiert werden. Es ist jedoch auch möglich, dass das Hohlrad 6 und das Kegelritzel 9 einteilig ausgebildet sind. Bei der einteiligen Ausgestaltung von Hohlrad 6 und Kegelritzel 9 sollte aus fertigungstechnischen Gründen der Außendurchmesser des Kegelritzels 9 im Bereich des Verzahnungsgrundes etwa dem Außendurchmesser des Hohlrades 6 entsprechen oder zumindest geringfügig größer sein, sodass die Verzahnung des Kegelritzels 6 ohne weiteres an dem gemeinsamen Bauteil fertigbar ist.The connection between the ring gear 6 and the bevel pinion 9 can, as shown in the figure, be realized via a sleeve member 12 by the shaft of the bevel pinion 9 is disposed inside the sleeve member 12, wherein the sleeve member 12 in turn in the inner diameter or in Inside the ring gear 6 is added. This connection can be realized for example by a press fit or by pressing. However, it is also possible that the ring gear 6 and the bevel pinion 9 are integrally formed. In the one-part design of ring gear 6 and bevel pinion 9 should for manufacturing reasons, the outer diameter of the bevel pinion 9 in the region of the Verzahnungsgrundes approximately equal to the outer diameter of the ring gear 6 or at least be slightly larger, so that the teeth of the bevel pinion 6 can be manufactured easily on the common component ,

Der aufgrund der Einbauvorgabe der Getriebeanordnung an dem Schienenfahrzeug vorgesehene vertikale Abstand C erfordert einen Hypoidversatz B in dem Winkeltrieb. Durch das im Inneren des Hohlrades 6 angeordnete Stirnrad 4 ergibt sich ein Achsversatz A zwischen den Achsen des Stirnrades 4 und des Hohlrades 6, der sich aus der Differenz der Radien von Hohlrad 6 und Stirnrad 4 ergibt. Da der sich ergebende Achsversatz A den vertikalen Abstand C überbrückt, kann bei der vorgeschlagene Getriebeanordnung eine Verringerung des in der Figur angegebenen Hypoidversatzes B zwischen den Achsen des Kegelritzes 9 und des Tellerrades 11 realisiert werden.The provided due to the installation specification of the gear assembly to the rail vehicle vertical distance C requires a Hypoidversatz B in the angle drive. By arranged in the interior of the ring gear 6 spur gear 4 results in an axial offset A between the axes of the spur gear 4 and the ring gear 6, which results from the difference of the radii of ring gear 6 and spur gear 4. Since the resulting axial offset A bridges the vertical distance C, a reduction of the hypoid offset B indicated in the figure between the axes of the bevel pinion 9 and the ring gear 11 can be realized in the proposed gear arrangement.

Durch die Anwendung der Innenzahnradstufe wird der vertikale Abstand C quasi in zwei Stufen aufgeteilt, nämlich in den Achsversatz A des Stirnradtriebes und in den Hypoidversatz B des Winkeltriebes, so dass sich der in der Figur dargestellte reduzierte Hypoidversatz B ergibt.By the use of the internal gear stage of the vertical distance C is quasi divided into two stages, namely in the axial offset A of the spur gear and in the Hypoidversatz B of the angle drive, so that the reduced hypoid offset B shown in the figure results.

Unabhängig von der vorteilhaften Reduzierung des Hypoidversatzes B auf ein Normalmaß ergibt sich zwischen dem auf der Antriebswelle 3 angeordneten Stirnrad 4 und dem Hohlrad 6 eine Übersetzung von ca. 1,5, so dass die bei Schienenfahrzeugen geforderte hohe Getriebeübersetzung mit der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung realisiert wird.

1: Radsatzwelle
2: Getriebegehäuse
3: Antriebswelle
4: Stirnrad
5: Außenverzahnung
6: Hohlrad
7: Innenverzahnung
8: Lagerstelle des Stirnrades und der Antriebswelle
9: Kegelritzel
10: Lagerstellen des Hohlrades
11: Tellerrad
12: Hülsenelement
A: Achsversatzes des Stirnradtriebes
B: Hypoidversatz des Winkeltriebes
C: vertikaler Abstand zwischen Antrieb und Abtrieb

Regardless of the advantageous reduction of Hypoidversatzes B to a normal dimension results between the arranged on the drive shaft 3 spur gear 4 and the ring gear 6, a translation of about 1.5, so that the required in rail vehicles high gear ratio is realized with the gear assembly according to the invention.

1: axle
2: gearbox
3: drive shaft
4: spur gear
5: external teeth
6: ring gear
7: internal gearing
8th: Bearing point of the spur gear and the drive shaft
9: bevel pinion
10: Bearing points of the ring gear
11: crown
12: sleeve member
A: Axial offset of the spur gear drive
B: Hypoid offset of the angle drive
C: vertical distance between drive and output

Claims

Gearing arrangement for the drive of a wheelset shaft (1) of a rail vehicle, having a drive shaft (3) which can be coupled by way of a spur-gear drive and an angle drive in the form of a hypoid drive to the wheelset shaft (1), wherein the spur-gear drive comprises a spur gear (4), which is driven by the drive shaft (3) and which has an external toothing (5), and an internal gear (6), which drives the angle drive and which has an internal toothing (7), characterized in that the spur gear (4) of the spur-gear drive is arranged at least in sections within the internal gear (6), wherein the external toothing (5) of the spur gear (4) meshes with the internal toothing (7) of the internal gear (6), such that a vertical spacing (C) between the drive shaft (3) and the wheelset shaft (1) is bridged in sections by way of the axis offset (A) that arises in the spur-gear drive, wherein, for the compensation of the spacing (C) which is bridged in sections, a hypoid offset (B) reduced by the axis offset (A) of the spur-gear drive is provided in the hypoid drive.
Gearing arrangement according to Claim 1, characterized in that the bevel pinion (9) is fastened by way of a sleeve element (12) to the inner diameter of the internal gear (6).
Gearing arrangement according to Claim 2, characterized in that characterized in that the sleeve element (12) forms an interference fit between the shank of the bevel pinion (9) and the internal diameter of the internal gear (6).
Gearing arrangement according to Claim 1, characterized in that the internal gear (6) and the bevel pinion (9) are formed in one piece.
Gearing arrangement according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the internal gear (6) and the bevel pinion (9) have a common bearing arrangement.