WO2016198067A1

WO2016198067A1 - Generatorsystem für schienenfahrzeuge

Info

Publication number: WO2016198067A1
Application number: PCT/DE2016/200263
Authority: WO
Inventors: Rupert Stitzinger; Christoph MARQUARDT; Alexander SEYBOLD
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2015-06-12
Filing date: 2016-06-08
Publication date: 2016-12-15
Also published as: DE102015210772A1

Abstract

Generatorsystem (1) für Schienenfahrzeuge, umfassend einen Generator (2) mit einem Rotor (15) und einem Stator (16), sowie eine Radsatzlagereinheit (3), wobei die Radsatzlagereinheit (3) ein Lager (4) zur Lagerung einer Radsatzwelle (5) sowie ein Lagergehäuse (12) umfasst, wobei an der Stirnseite der Radsatzwelle (5) eine Endkappe (13) angeordnet ist und die Endkappe (13) mit dem Rotor (15) gekoppelt ist, und wobei der Stator (16) mit dem Lagergehäuse (12) verbunden ist, wobei der Rotor (15) zwei Abschnitte (I, II) aufweist, wobei der erste Abschnitt (I) radial von dem Stator (16) umschlossen ist.

Description

Generatorsystem für Schienenfahrzeuge

Die Erfindung betrifft ein Generatorsystem für Schienenfahrzeuge, umfassend einen Generator mit einem Rotor und einem Stator, sowie 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 die Endkappe mit dem Rotor gekoppelt ist, und wobei der Stator mit dem Lagergehäuse verbunden ist.

In der DE 10 2006 035 703 A1 ist eine Vorrichtung zur Überwachung mindestens einer Betriebsgröße eines Radsatzlagers offenbart, wobei die Vorrichtung einen Sensor, eine Sendeeinheit und eine Energieversorgungseinheit umfasst. Die Energieversorgungseinheit besteht aus einem mitrotierendem Generatorelement und einem am Radlagergehäuse angeordneten Generatorelement und versorgt den Sensor und die Sendeeinheit mit Energie.

Ferner ist in der Druckschrift AT 507 382 B1 ein Radsatzlagergehäuse für ein Schienenfahrzeug mit einer Positionserfassungseinrichtung, die mittels einer Stromversor- gungseinheit mit elektrischer Energie versorgt wird, offenbart. Die Stromversorgungseinheit umfasst einen elektrischen Generator mit einem Rotor und einem Stator, wobei der Rotor von einer im Radsatzlagergehäuse drehbar gelagerten Radsatzwelle antreibbar ist. Der Stator ist an der Innenseite eines Deckels des Radsatzlagergehäuses montiert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein kostengünstiges und einfaches Generatorsystem für Schienenfahrzeuge zu offenbaren, welches ohne großen konstruktiven Änderungsaufwand leicht nachträglich an jegliche bereits bestehende 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 der Rotor zwei Abschnitte aufweist, wobei der erste Abschnitt radial von dem Stator umschlossen ist. Der erste Abschnitt des Rotors weist im Vergleich zum zweiten Abschnitt einen kleineren Außendurchmesser auf. Vorzugsweise ist dabei der zweite Abschnitt des Rotors als Flansch ausgebildet. Im Maschinenbau ist ein Flansch ein Teil zum Verbinden von Maschinenteilen, wobei der Flansch die Aufgaben hat, die Maschinenteile zueinander richtig zu positionieren und die auftretenden Betriebskräfte zu übertragen. Erfindungsgemäß stellen Flansch und Rotor ein Bauteil dar.

Radial um den ersten Abschnitt des Rotors ist der Stator angeordnet, so dass ein ra- dialer Arbeitsluftspalt entsteht. Das bedeutet, dass der Stator als Hülse ausgebildet ist, wobei der Stator sich vorzugsweise über den gesamten ersten Abschnitt des Rotors erstreckt. Der Stator kann jedoch auch eine Topfform aufweisen.

Es ist des Weiteren vorteilhaft, wenn der Stator einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der Außendurchmesser des zweiten Abschnitts des Rotors. Dadurch ist es möglich, dass der zweite Abschnitt des Rotors, das heißt der Flansch, mittels Verbindungselemente koaxial an der Endkappe befestigt ist, wobei die Verbindungselemente radial außerhalb des Stators angeordnet sind. Als Verbindungselement werden vorzugsweise Schrauben, insbesondere drei Schrauben, verwendet. Es sind je- doch auch alle anderen im Maschinenbau gängigen Verbindungselemente denkbar.

Es ist des Weiteren vorteilhaft, wenn das Lagergehäuse das Lager teilweise umschließt. 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. Das Lagergehäuse ist beispielsweise als Adapter ausgebildet. Ebenfalls erfindungsgemäß ist es, wenn in dem Lagergehäuse ein zweireihiges Wälzlager 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.

Der Stator ist auf dem Rotor mittels ein oder mehrerer Statorlagerungen, insbesondere Wälzlager, vorzugsweise Rollenlager, gelagert. Vorzugsweise sind zwei Statorlagerungen vorhanden, einreihig ausgebildet und an den axialen Enden des Stators angeordnet. Außerdem ist der Stator über eine Verdrehsicherung mit dem Lagergehäuse verbunden.

Der durch den Generator erzeugte Strom kann beispielsweise für eine Messeinrich- tung, 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 bevorzugten, beispielhaften Ausführungsform der Erfindung sowie aus den Zeichnungen. Diese zeigen in:

Figur 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Generatorsystems in perspektivischer Ansicht,

Figur 2 die Ausführungsform aus Fig. 1 in Seitenansicht,

Figur 3 die Ausführungsform aus Fig. 1 in Frontansicht,

Figur 4 die Ausführungsform aus Fig. 1 in Schnittansicht. In der Fig. 1 bis Fig. 4 ist eine Ausführungsform eines Generatorsystems 1 in unterschiedlichen 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 4 zur Lagerung einer Rad- satzwelle 5. Die Radsatzwelle 5 ist als Vollwelle ausgebildet, auf der das Wälzlager 4 aufgepresst ist.

Das Wälzlager 4 ist in dieser Ausführungsform als Kegelrollenlager in O-Anordnung ausgebildet und umfasst einen dreiteiligen Lagerinnenring 6, in zwei Reihen angeord- nete Wälzkörper 7, die als Kegelrollen ausgebildet sind, sowie einen Lageraußenring 8. Die beiden äußeren Teile des Lagerinnenrings 6 weisen jeweils eine umlaufende Laufbahn 9 für die darauf abrollenden Wälzkörper 7 auf. Axial an das Wälzlager 4 schließt jeweils eine Dichtung 10 an. Die Dichtung 10 verhindert, dass Verunreinigungen oder Verschmutzungen in das Wälzlager 4 eintreten können. Hierfür liegt jede Dichtung 10 auf einem Ring 11 , wobei jeder Ring 11 bündig am Lagerinnenring 6 anliegt und auf die Radsatzwelle 5 aufgeschoben oder aufgepresst ist. Die Ringe 11 sind mit der bezüglich der Dichtungen 10 benötigten Oberfläche versehen.

Radial außerhalb des Lageraußenrings 8 des Wälzlagers 4 ist ein Lagergehäuse 12 angeordnet, das nicht geschlossen ist und das Wälzlager 8 nur teilweise umschließt. Das Lagergehäuse 12 stellt einen Adapter dar, der mit dem Schienenfahrzeug verbunden werden kann.

An der Stirnseite der Radsatzwelle 5 ist eine Endkappe 13 angeordnet, die mittels drei Verbindungselemente 14 mit der Radsatzwelle 5 drehfest verbunden ist. Die Endkappe 13 ist des Weiteren mit dem Generator 2 gekoppelt, der axial an der zur Radsatzwelle abgewandten Stirnseite der Endkappe 13 angeordnet ist. Der Generator 2 umfasst einen Rotor 15 und einen Stator 16, wobei der Stator 16 den Rotor 15 teilweise umschließt, so dass ein radialer Arbeitsluftspalt 17 entsteht.

Der Rotor 15 weist des Weiteren gemäß der dargestellten Ausführungsform zwei Abschnitte I, II auf. Der zweite Abschnitt II des Rotors 15 ist als Flansch ausgebildet und mittels drei Verbindungselennenten 14 mit der Endkappe 13 verbunden. Der erste Abschnitt I hingegen trägt eine Vielzahl an Magneten 18 an dessen Außenumfang.

Der Außendurchmesser D_Ai des ersten Abschnitts I ist kleiner als der Außendurch- messer DAN des zweiten Abschnitts II, wobei der erste Abschnitt I radial von dem Stator 16 umschlossen ist. Der Stator 16 weist des Weiteren einen kleineren Außendurchmesser D_S als der Außendurchmesser D_An des zweiten Abschnitts II des Rotors 15 auf.

Ferner ist der Stator 16 mittels zwei Statorlagerungen 19 auf dem Rotor 15 gelagert. Als Statorlagerungen 19 können beispielsweise Wälzlager, insbesondere Kugellager, verwendet werden. Der Stator 16 ist des Weiteren als Hülse ausgebildet, die über eine Verdrehsicherung 20 mit dem feststehenden Lagergehäuse 12 verbunden ist. Die Verdrehsicherung 20 umfasst eine Verdrehsicherungseinheit 21 am Lagergehäuse 12 und einem radial nach außen ragenden Stiel 22 am Stator 16, wobei der Stiel 22 und der Stator 16 einteilig ausgebildet sind. Die Verdrehsicherungseinheit 21 ist mittels Verbindungselementen 14 an dem Lagergehäuse 12 angebracht. Des Weiteren weist die Verdrehsicherungseinheit 21 ein stielartiges Element 23 mit einer in axialer Richtung hin offenen Aussparung 24 auf. In diese Aussparung 24 greift der Stiel 22 ein und ragt über das stielartige Element 23 heraus. Dadurch wird der Stator 16 über die Verdrehsicherung 20 so gehalten, dass dieser nicht mit dem Rotor 15 mitrotieren kann.

Bezugszeichenliste

1 Generatorsystem

2 Generator

3 Radsatzlagereinheit

4 Wälzlager

5 Radsatzwelle

6 Lagerinnenring

7 Wälzkörper

8 Lageraußenring

9 Laufbahn

10 Dichtung

11 Ring

12 Lagergehäuse

13 Endkappe

14 Verbindungselement

15 Rotor

16 Stator

17 Arbeitsluftspalt

18 Magnet

19 Statorlagerung

20 Verdrehsicherung

21 Verdrehsicherungseinheit am Lagergehäuse

22 Stiel am Stator

23 Stielartiges Element der Verdrehsicherungseinheit

24 Aussparung

I erster Abschnitt des Rotors

II zweiter Abschnitt des Rotors

DAI Außendurchmesser des ersten Abschnitts des Rotors

DAN Außendurchmesser des zweiten Abschnitts des Rotors

D_s Außendurchmesser des Stators

Claims

Patentansprüche

1. Generatorsystem (1 ) für Schienenfahrzeuge, umfassend einen Generator (2) mit einem Rotor (15) und einem Stator (16), sowie eine Radsatzlagereinheit (3), wobei die Radsatzlagereinheit (3) ein Lager (4) zur Lagerung einer Radsatzwelle (5) sowie ein Lagergehäuse (12) umfasst, wobei an der Stirnseite der Radsatzwelle (5) eine Endkappe (13) angeordnet ist und die Endkappe (13) mit dem Rotor (15) gekoppelt ist, und wobei der Stator (16) mit dem Lagergehäuse (12) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (15) zwei Abschnitte (I, II) aufweist, wobei der erste Abschnitt (I) radial von dem Stator (16) umschlossen ist.

2. Generatorsystem (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (II) des Rotors (15) als Flansch ausgebildet ist.

3. Generatorsystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (II) des Rotors (15) mittels Verbindungselemente (14) koaxial an der Endkappe (13) befestigt ist, wobei die Verbindungselemente (14) radial außerhalb des Stators (16) angeordnet sind.

4. Generatorsystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (16) über eine Verdrehsicherung (20) mit dem Lagergehäuse (12) verbunden ist.

5. Generatorsystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (16) als Hülse ausgebildet ist.

6. Generatorsystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (16) einen Außendurchmesser (D_s) aufweist, der kleiner ist als der Außendurchmesser (D_An) des zweiten Abschnitts (II) des Rotors (15).

7. Generatorsystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Rotor (15) und Stator (16) ein radialer Arbeitsluftspalt (17) vorhanden ist.

8. Generatorsystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (12) das Lager (4) teilweise umschließt.

9. Generatorsystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass in dem Lagergehäuse (12) ein zweireihiges Wälzlager (4) angeordnet ist.