WO2016198060A1 - Generatorsystem für schienenfahrzeuge - Google Patents

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WO2016198060A1 PCT/DE2016/200224 DE2016200224W WO2016198060A1 WO 2016198060 A1 WO2016198060 A1 WO 2016198060A1 DE 2016200224 W DE2016200224 W DE 2016200224W WO 2016198060 A1 WO2016198060 A1 WO 2016198060A1
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stator
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Rupert Stitzinger
Christoph MARQUARDT
Alexander SEYBOLD
Stephen MONDAK
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D43/00—Devices for using the energy of the movements of the vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T30/00—Transportation of goods or passengers via railways, e.g. energy recovery or reducing air resistance

Definitions

  • the invention relates to a generator system for rail vehicles, comprising a rotor, a stator and a Radsatzlagerussi, wherein the Radsatzlagerussi comprises a bearing for supporting a Radsatzwelle and a bearing housing, wherein on the front side of the Radsatzwelle an end cap is arranged and a rotationally fixed connection between the end cap and Radsatzwelle is provided, and wherein the stator is connected to the bearing housing.
  • Object of the present invention is therefore to disclose a cost-effective and simple generator system for rail vehicles, which can be easily adapted to any wheelset bearing units without much design effort.
  • generator system To achieve the object of the invention specified in claim 1 generator system is proposed.
  • Optional advantageous embodiments of the invention arise wholly or partly from the dependent claims.
  • the generator system according to the invention is characterized in that the end cap and the rotor each have on their outer circumference a circumferential groove for a belt, wherein the belt means couples the rotor and the end cap together, so that the end cap connected to the wheelset shaft drives the rotor.
  • the belting means in particular a belt, can for example be formed with a profiling. A corresponding profiling is formed on the outer circumference of the rotor and on the outer circumference of the end cap. The raised profile applied directly on the outer circumference is also to be regarded as a groove.
  • the end cap is fastened by means of several, in particular three or four, fastening elements on the front side of the wheelset shaft.
  • the rotor is preferably cup-shaped.
  • a plurality of permanent magnets is disposed in the rotor or on the inner circumference of the rotor.
  • the stator is preferably arranged radially inside the rotor. This means that the stator is incorporated in the cavity of the rotor.
  • the rotor is mounted on the fixed stator by means of one or more roller bearings. The stator is attached directly to the bearing housing by means of a fastening unit.
  • the rotor and the stator are concealed by a covering element open towards the end cap and the bearing housing.
  • the cover element is preferably triangular in shape. This protects the generator from contamination.
  • the bearing housing partially encloses the bearing. This means that the bearing housing does not completely surround the bearing and thus there is no closed bearing housing.
  • the bearing housing encloses less than 50% of the bearing, in particular, the enclosure is degree between 47% and 40%.
  • the bearing housing is formed for example as an adapter.
  • a double-row roller bearing is arranged in the bearing housing.
  • it is a double-row tapered roller bearing in O arrangement.
  • cylindrical roller bearings or spherical roller bearings can be used.
  • the rolling bearing can be arranged on the wheelset by means of a press connection.
  • the wheel set shaft can be designed as a solid or as a hollow shaft.
  • the generator has an axis of rotation which is arranged radially within the contour of the bearing housing. This means that a maximum of 45% of the generator protrudes beyond the contour of the bearing housing.
  • the current generated by the generator can be used for example for a measuring device to check the functioning of the rolling bearings.
  • Figure 2 shows the embodiment of Fig. 1 in front view
  • FIG. 4 shows a partial section of the embodiment from FIG. 1 without covering element.
  • FIGS. 1 to 4 show an embodiment of a generator system 1 in different views, wherein the cable guides are not shown.
  • the generator system 1 comprises a generator 2 and a wheelset bearing unit 3.
  • the wheelset bearing unit 3 comprises a rolling bearing 5 for supporting the wheelset shaft 4.
  • the rolling bearing 5 is formed in this embodiment as a double-row tapered roller bearing in O arrangement.
  • the tapered rollers in this case represent the rolling elements 6 of the rolling bearing 5.
  • the rolling bearing 5 comprises, in addition to the rolling elements 6, a three-part bearing inner ring 7, wherein the rolling elements 6 roll on the two outer parts of the bearing inner ring 7.
  • the bearing inner ring 7 is rotatably connected by means of a press connection with the wheelset shaft 4.
  • the rolling bearing 5 also includes a fixed bearing outer ring 8, which encloses the rolling bodies 6.
  • a likewise fixed bearing housing 9 is arranged, which surrounds the rolling bearing 5 only partially.
  • a seal 10 is arranged at both axial outer ends of the rolling bearing 5 in order to protect the rolling bearing 5 against contamination.
  • an end cap 11 is arranged, which is rotatably connected by means of three fastening elements 12 with the axle 4.
  • a circumferential groove 14 is arranged, which has a profiling 15.
  • the belt 16 has a profiling 17 corresponding to the groove 14.
  • the generator 2 comprises a rotor 18 and a stator 19.
  • the stator 19 is fixed to the bearing housing 9 by means of a fixing unit 20.
  • the fastening unit 20 consists in this embodiment of a plate 21 with two holes 22 and two fasteners 12, in particular screws that connect the plate 21 with the bearing housing 9.
  • the stator 19 has a lying T-shape.
  • the rotor 18 is arranged radially outside of the stator 19 and has a stator 19 corresponding to the cup shape. Between stator 19 and rotor 18, an air gap 23 is present in the axial direction. In this air gap 23, the force effect of the generator 2 is formed.
  • the rotor 18 is mounted on the stationary stator 19 by means of a rotor bearing 25, in particular rolling bearings, such as ball bearings.
  • the rotor 18 is cantilevered in this embodiment. Furthermore, the rotor 18, like the end cap 11, has a circumferential groove 14 on its outer circumference 13.
  • the groove 14 of the rotor 18 has the same profiling 15 as the profiling 15 of the end cap 11, so that the profiling 17 of the belt 16 engage in the profiling 15 of the end cap 11 and the rotor 18.
  • the grooves 14 of the rotor 18 and the end cap 11 are at the same axial height, so that the wrapping means 16 extends radially around the end cap 11 and around the rotor 18. This means that the generator 2 is arranged axially outside of the wheelset bearing unit 3.
  • a cover member 24 is arranged, which covers the generator 2.
  • the cover member 24 is open to the end cap 11 and the bearing housing 9 and is formed as a triangle with a rounded corner. By the cover member 24, the generator 2 is protected from contamination.

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Abstract

Generatorsystem (1) für Schienenfahrzeuge, umfassend einen Rotor (18), einen Stator (19) und eine Radsatzlagereinheit (3), wobei die Radsatzlagereinheit (3) ein Lager (5) zur Lagerung einer Radsatzwelle (4) sowie ein Lagergehäuse (9) umfasst, wobei an der Stirnseite der Radsatzwelle (4) eine Endkappe (11) angeordnet ist und eine drehfeste Verbindung zwischen Endkappe (11) und Radsatzwelle (4) vorgesehen ist, und wobei der Stator (19) mit dem Lagergehäuse (9) verbunden ist, wobei die Endkappe (11) sowie der Rotor (18) jeweils an ihrem Außenumfang (13) eine umlaufende Nut (14) für ein Umschlingungsmittel (16) aufweisen, wobei das Umschlingungsmittel (16) den Rotor (18) und die Endkappe (11) miteinander koppelt, so dass die mit der Radsatzwelle (4) verbundene Endkappe (11) den Rotor (18) antreibt.

Description

Generatorsystem für Schienenfahrzeuge
Die Erfindung betrifft ein Generatorsystem für Schienenfahrzeuge, umfassend einen Rotor, einen Stator und eine Radsatzlagereinheit, wobei die Radsatzlagereinheit ein Lager zur Lagerung einer Radsatzwelle sowie ein Lagergehäuse umfasst, wobei an der Stirnseite der Radsatzwelle eine Endkappe angeordnet ist und eine drehfeste Verbindung zwischen Endkappe und Radsatzwelle vorgesehen ist, und wobei der Stator mit dem Lagergehäuse verbunden ist.
In der US 8,872,368 B1 ist ein Generatorsystem offenbart. Der zwischen zwei Radsatzwellen angeordnete Generator des Generatorsystems ist mit einer Welle verbunden. Die Welle wird mittels eines Riemens, der über die Außenumfangsfläche eines Rades geführt wird, angetrieben.
Weitere Beispiele für Generatorsysteme für Schienenfahrzeuge sind in der GB 1911 0 3722 A und in der GB 464,973 A offenbart. Der Riemen verläuft dabei jeweils über eine Antriebsscheibe, die auf der Radsatzwelle angeordnet ist, und einer Welle, die mit dem Generator verbunden ist.
Um eines der genannten Generatorsysteme an eine typische und gewöhnliche Radsatzlagereinheit zu koppeln, müsste ein großer konstruktiver Aufwand getätigt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist demnach, ein kostengünstiges und einfaches Generatorsystem für Schienenfahrzeuge zu offenbaren, welches ohne großen konstruktiven Änderungsaufwand leicht an jegliche Radsatzlagereinheiten adaptiert werden kann. Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird das im Anspruch 1 angegebene Generatorsystem vorgeschlagen. Optionale vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich ganz oder teilweise aus den abhängigen Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße Generatorsystem zeichnet sich dadurch aus, dass die Endkappe sowie der Rotor jeweils an ihrem Außenumfang eine umlaufende Nut für ein Umschlingungsmittel aufweisen, wobei das Umschlingungsmittel den Rotor und die Endkappe miteinander koppelt, so dass die mit der Radsatzwelle verbundene Endkappe den Rotor antreibt. Das Umschlingungsmittel, insbesondere ein Riemen, kann beispielsweise mit einer Profilierung ausgebildet sein. Eine dazu korrespondierende Profilierung ist an dem Außenumfang des Rotors sowie an dem Außenumfang der Endkappe ausgebildet. Die direkt auf dem Außenumfang aufgebrachte erhabene Profilierung ist ebenfalls als Nut anzusehen. Die Endkappe ist mittels mehreren, insbesondere drei oder vier, Befestigungselementen an der Stirnseite der Radsatzwelle befestigt.
Der Rotor ist vorzugsweise topfförmig ausgebildet. Eine Vielzahl von Permanentmagneten ist im Rotor oder am Innenumfang des Rotors angeordnet. Des Weiteren ist der Stator vorzugsweise radial innerhalb des Rotors angeordnet. Das bedeutet, dass der Stator in dem Hohlraum des Rotors eingebracht ist. Des Weiteren ist der Rotor mittels ein oder mehrerer Wälzlager auf dem feststehenden Stator gelagert. Der Stator ist direkt am Lagergehäuse mittels einer Befestigungseinheit befestigt.
Des Weiteren sind beispielsweise der Rotor und der Stator von einem zur Endkappe und zum Lagergehäuse hin offenem Abdeckungselement verdeckt. Das Abdeckungselement ist vorzugsweise dreiecksförmig ausgebildet. Dadurch wird der Generator vor Verschmutzung geschützt.
Es ist des Weiteren vorteilhaft, wenn das Lagergehäuse das Lager teilweise um- schließt. Das bedeutet, dass das Lagergehäuse das Lager nicht vollumfänglich umgibt und somit kein geschlossenes Lagergehäuse vorhanden ist. Vorzugsweise umschließt das Lagergehäuse weniger als 50 % des Lagers, insbesondere liegt der Umschlie- ßungsgrad zwischen 47% und 40%. Das Lagergehäuse ist beispielsweise als Adapter ausgebildet.
Ebenfalls erfindungsgemäß ist es, wenn in dem Lagergehäuse ein zweireihiges Wälz- lager angeordnet ist. Vorzugsweise handelt es sich um ein zweireihiges Kegelrollenlager in O-Anordnung. Beispielsweise können aber auch Zylinderrollenlager oder Pendelrollenlager verwendet werden. Das Wälzlager kann auf der Radsatzwelle mittels einer Pressverbindung angeordnet sein. Die Radsatzwelle kann als Voll- oder als Hohlwelle ausgebildet sein.
Des Weiteren ist es zweckmäßig, wenn der Generator eine Drehachse aufweist, die radial innerhalb der Kontur des Lagergehäuses angeordnet ist. Das bedeutet, dass maximal 45 % des Generators über die Kontur des Lagergehäuses herausragt.
Der durch den Generator erzeugte Strom kann beispielsweise für eine Messeinrichtung, um die Funktionsfähigkeit der Wälzlager zu überprüfen, verwendet werden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale, Merkmalskombinationen und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzug- ten, beispielhaften Ausführungsform der Erfindung sowie aus den Zeichnungen. Diese zeigen in:
Figur 1 Ausführungsform eines Generatorsystems in perspektivi scher Ansicht
Figur 2 die Ausführungsform aus Fig. 1 in Frontansicht
Figur 3 die Ausführungsform aus Fig. 1 in Schnittansicht Figur 4 einen Teilausschnitt der Ausführungsform aus Fig. 1 ohne Abde- ckungselement.
In den Fig. 1 bis Fig. 4 ist eine Ausführungsform eines Generatorsystems 1 in unter- schiedlichen Ansichten dargestellt, wobei die Kabelführungen nicht dargestellt sind. Das Generatorsystem 1 umfasst einen Generator 2 und eine Radsatzlagereinheit 3. Die Radsatzlagereinheit 3 umfasst dabei ein Wälzlager 5 zur Lagerung der Radsatzwelle 4. Das Wälzlager 5 ist in dieser Ausführungsform als zweireihiges Kegelrollenlager in O-Anordnung ausgebildet. Die Kegelrollen stellen dabei die Wälzkörper 6 des Wälzlagers 5 dar. Das Wälzlager 5 umfasst neben den Wälzkörpern 6 einen dreiteiligen Lagerinnenring 7, wobei auf den beiden äußeren Teilen des Lagerinnenrings 7 die Wälzkörper 6 abrollen. Der Lagerinnenring 7 ist mittels einer Pressverbindung drehfest mit der Radsatzwelle 4 verbunden.
Des Weiteren umfasst das Wälzlager 5 auch einen feststehenden Lageraußenring 8, der die Wälzkörper 6 umschließt. Auf dem Lageraußenring 8 ist ein ebenfalls feststehendes Lagergehäuse 9 angeordnet, das das Wälzlager 5 nur teilweise umschließt. Des Weiteren ist an beiden axialen äußeren Enden des Wälzlagers 5 jeweils eine Dichtung 10 angeordnet, um das Wälzlager 5 vor Verschmutzung zu schützen.
An der Stirnfläche der Radsatzwelle 3 ist eine Endkappe 11 angeordnet, die mittels drei Befestigungselementen 12 mit der Radsatzwelle 4 drehfest verbunden ist. Am Außenumfang 13 der Endkappe 11 ist eine umlaufende Nut 14 angeordnet, die eine Profilierung 15 aufweist. In die Profilierung 15 der Nut 14 greift ein Umschlingungsmit- tel 16, insbesondere ein Riemen, ein. Das Umschlingungsmittel 16 weist eine zur Nut 14 korrespondierende Profilierung 17 auf. Durch die Drehbewegung der Radsatzwelle 4 und somit auch der Drehbewegung der Endkappe 11 wird über das Umschlingungsmittel 16 der Generator 2 angetrieben. Der Antrieb weist ein Übersetzungsverhältnis von vorzugsweise 1/3 auf.
Der Generator 2 umfasst einen Rotor 18 und einen Stator 19. Der Stator 19 ist an dem Lagergehäuse 9 mittels einer Befestigungseinheit 20 befestigt. Die Befestigungsein- heit 20 besteht in dieser Ausführungsform aus einer Platte 21 mit zwei Bohrungen 22 und zwei Befestigungselementen 12, insbesondere Schrauben, die die Platte 21 mit dem Lagergehäuse 9 verbinden. Der Stator 19 weist eine liegende T-Form auf. Der Rotor 18 ist radial außerhalb des Stators 19 angeordnet und weist eine zum Stator 19 korrespondierende Topfform auf. Zwischen Stator 19 und Rotor 18 ist in axialer Richtung ein Luftspalt 23 vorhanden. In diesem Luftspalt 23 entsteht die Kraftwirkung des Generators 2. Der Rotor 18 ist mittels einer Rotorlagerung 25, insbesondere Wälzlager, beispielsweise Kugellager, auf dem feststehenden Stator 19 gelagert. Der Rotor 18 ist in dieser Ausführungsform fliegend gelagert. Des Weiteren weist der Rotor 18, ebenfalls wie die Endkappe 11 , eine umlaufende Nut 14 an dessen Außenumfang 13 auf. Die Nut 14 des Rotors 18 weist die gleiche Profilierung 15 wie die Profilierung 15 der Endkappe 11 auf, so dass die Profilierung 17 des Umschlingungsmittels 16 in die Profilierungen 15 der Endkappe 11 und des Rotors 18 eingreifen. Die Nuten 14 des Rotors 18 und der Endkappe 11 liegen auf der gleichen axialen Höhe, so dass das Umschlingungsmittel 16 radial um die Endkappe 11 und um den Rotor 18 verläuft. Das bedeutet, dass der Generator 2 axial außerhalb der Radsatzlagereinheit 3 angeordnet ist.
Axial an dem Lagergehäuse 9 ist ein Abdeckungselement 24 angeordnet, das den Generator 2 abdeckt. Das Abdeckungselement 24 ist zur Endkappe 11 und zum Lagergehäuse 9 hin offen und ist als Dreieck mit einer abgerundeten Ecke ausgebildet. Durch das Abdeckungselement 24 wird der Generator 2 vor Verschmutzungen geschützt.
Bezugszeichenliste Generatorsystem
Generator
Radsatzlagereinheit
Radsatzwelle
Wälzlager
Wälzkörper
Lagerinnenring
Lageraußenring
Lagergehäuse
Dichtung
Endkappe
Befestigungselement
Außenumfang
Umlaufende Nut
Profilierung in der umlaufenden Nut
Umschlingungsmittel
Profilierung des Umschlingungsmittels
Rotor
Stator
Befestigungseinheit
Platte
Bohrung
Luftspalt
Abdeckungselement
Rotorlagerung

Claims

Patentansprüche
Generatorsystem (1 ) für Schienenfahrzeuge, umfassend einen Rotor (18), einen Stator (19) und eine Radsatzlagereinheit (3), wobei die Radsatzlagereinheit (3) ein Lager (5) zur Lagerung einer Radsatzwelle (4) sowie ein Lagergehäuse (9) umfasst, wobei an der Stirnseite der Radsatzwelle (4) eine Endkappe (11 ) angeordnet ist und eine drehfeste Verbindung zwischen Endkappe (11 ) und Radsatzwelle (4) vorgesehen ist, und wobei der Stator (19) mit dem Lagergehäuse (9) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Endkappe (11 ) sowie der Rotor (18) jeweils an ihrem Außenumfang (13) eine umlaufende Nut (14) für ein Umschlingungsmittel (16) aufweisen, wobei das Umschlingungsmit- tel (16) den Rotor (18) und die Endkappe (11 ) miteinander koppelt, so dass die mit der Radsatzwelle (4) verbundene Endkappe (11 ) den Rotor (18) antreibt.
Generatorsystem (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (18) topfförmig ausgebildet ist.
Generatorsystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (19) radial innerhalb des Rotors (18) angeordnet ist.
Generatorsystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (18) und Stator (19) von einem zur Endkappe (11 ) und zum Lagergehäuse (9) hin offenem Abdeckungselement (24) verdeckt sind.
Generatorsystem (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckungselement (24) dreiecksförmig ausgebildet ist.
Generatorsystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (9) das Lager (5) teilweise umschließt.
Generatorsystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Lagergehäuse (9) ein zweireihiges Wälzlager (5) angeordnet ist.
8. Generatorsystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator eine Drehachse aufweist, die radial innerhalb der Kontur des Lagergehäuses angeordnet ist.
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