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Antriebsanordnung für zwei-oder mehrachsige Triebdrehgestelle
Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für zwei-oder mehrachsige Triebdrehgestelle elektrischer Triebfahrzeuge mit einem im Drehgestellrahmen in Fahrzeuglängsrichtung fest angeordneten
Antriebsmotor, von dem jedes seiner beiden Wellenenden kraftschlüssig verbunden ist mit je einem
Wellenende mindestens eines Achswinkelgetriebes, dessen Kegelrad auf einer die Treibachse umfassenden Hohlwelle sitzt, deren eines Ende gekuppelt ist mit dem einen Ende einer die Treibachse umfassenden Kardanhohlwelle, deren anderes Ende mit der Treibachse gekuppelt ist.
Die Erfindung betrifft also eine Antriebsanordnung, bei der alle Achsen eines Triebdrehgestelles von einem einzigen darin angeordneten Motor angetrieben werden.
Es ist bereits ein elektrischer Antrieb für zweiachsige Strassenbahndrehgestelle bekannt, deren Treibachsen von einem auf den beiden Radsätzen gelagerten Motor über fest am Motor angeordnete Winkelgetriebe angetrieben werden, wobei in jedem Getriebegehäuse eine kurze, die Achswelle umschliessende Hohlwelle gelagert ist, auf der das Tellerrad des Winkelgetriebes angeordnet ist. Die Hohlwelle ist dabei durch beiderseits unmittelbar neben dem Getriebegehäuse angeordnete Gummischeibenkupplungen mit der Treibachse verbunden (deutsche Patentschrift Nr. 838452). Bei dieser bekannten Anordnung ist der Antriebsmotor praktisch ungefedert auf der Treibachse gelagert.
Eine gewisse Federung erfolgt lediglich durch die Elastizität der Gummischeibenkupplung, die sowohl der Abstützung des Gewichtes des Motors auf die Treibachse als auch dem Ausgleich von Auslenkungen der Treibachse gegenüber dem Motor dient. Diese bekannte Anordnung weist eine erhebliche Drehelastizität der Kupplungselemente zwischen Hohlwelle und Treibachse auf, wodurch die Verspannungswege, die sich durch die aus dem Radsatzlauf erzeugten Blindmomente ergeben, vergrössert werden. Dabei werden die Federelemente, also die Gummischeibenfedern, jeweils so lange gespannt, bis das Reibungsmoment überwunden ist, wodurch sich ein Schlüpfen der Radsätze gegeneinander ergibt, was zu einem pulsierenden Schlupfverhalten führt.
Dadurch wird nicht nur ein zusätzlicher Verschleiss an Spur-und Radkranz hervorgerufen, sondern es besteht auch ein dauernder Lastwechsel der Zahnflanken der Getriebezahnräder, was zu Zahnradabhebungen der im Eingriff befindlichen Zahnräder führt, wodurch Rattergeräusche erzeugt werden und ein zusätzlicher Zahnverschleiss eintritt. Ausserdem lässt dieser Antrieb nur sehr geringe axiale Verlagerungen der Treibachse gegenüber dem Motorgehäuse zu. Bei einer axialen Auslenkung einer Treibachse gegenüber dem Drehgestell muss bei dieser bekannten Anordnung die gesamte Masse des Antriebsmotors quer verschoben werden, wodurch grosse Querstosskräfte auftreten.
Weiterhin sind bereits einmotorige zweiachsige Drehgestelle für elektrische Triebfahrzeuge bekannt, bei denen die Antriebswelle des erhöht zwischen den Treibachsen angeordneten Antriebsmotors parallel zu den Treibachsen angeordnet ist. Die Welle des fest mit dem Drehgestell verbundenen Antriebsmotors ist dabei über eine Gelenkhebelkupplung, die einen sogenannten tanzenden Ring aufweist, mit der Antriebswelle eines seitlich am Drehgestell angeordneten, gegenüber diesem beweglichen Stirnradgetriebe verbunden. Dieses stützt sich auf die Treibachsen ab. Die Kraftübertragung erfolgt von der erwähnten Gelenkkupplung aus über ein Ritzel und ein für beide Achsen gemeinsames
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Grossrad auf je ein mit den Treibachsen elastisch gekuppeltes Grossrad.
Bei dieser bekannten Anordnung ist nicht nur die unabgefederte Masse des Getriebes nachteilig, sondern auch die Beschränkung der axialen Länge des Antriebsmotors.
Es ist auch ein elektrisches Triebfahrzeug bekannt, bei dem der Fahrmotor eine die Treibachse umgebende Hohlwelle antreibt, die wieder kraftschlüssig mit der Treibachse in Verbindung steht (deutsche Patentschrift Nr. 846856).
Es ist fernerhin ein Treibdrehgestell für ein elektrisches Schmalspurschienenfahrzeug bekannt, das zwei zwischen zwei Treibradsätzen mit ihrer Achse parallel zu der Fahrzeuglängsachse angeordnete
Antriebsmotoren aufweist, die jeweils über eine längsliegende Kardanwelle auf ein übersetzungsgetriebe arbeiten, dessen abtreibende Welle mit einer ebenfalls parallel zur Fahrzeuglängsachse angeordneten weiteren Welle kraftschlüssig verbunden ist, das über ein Achswinkelgetriebe die Treibachse antreibt (Schweizer Patentschrift Nr. 240933).
Es ist auch bereits ein Einzelachsantrieb mit längs liegendem, auf ein Achswinkelgetriebe arbeitendem Antriebsmotor mit Kardanwellenübertragung zwischen Achswinkelgetriebe und Treibachse bekannt. Der Antrieb einer weiteren Treibachse durch den gleichen Antriebsmotor ist dabei nicht vorgesehen. Als Kupplung zwischen der als Hohlwelle ausgebildeten Kardanwelle und der Hohlwelle bzw. der Hohlwelle des Achswinkelgetriebes dient dabei einerseits eine als elastische, keine nennenswerte Verschiebung der Kardanwelle zur Treibachse zulassende elastische Kupplung und anderseits eine Kupplung mit dem Triebzahnrad mit Hilfe von Mitnehmern der Kardanhohlwelle, womit durch die letztere eine axiale Verschiebung der Kardanwelle zum Triebzahnrad möglich ist.
Bei dieser Anordnung ist die eine axiale Verschiebung zulassende Kupplung jedoch einem erheblichen Verschleiss durch Reibung zwischen metallischen Teilen ausgesetzt und bedarf einer laufenden Wartung und in gewissen Zeitabständen einer Auswechslung der Verschleissteile (österr. Patentschrift Nr. 164412).
Schliesslich ist ein Einzelachsantrieb für elektrische Triebfahrzeuge mit fest im Drehgestellrahmen oder Drehgestell angeordnetem Antriebsmotor bekannt, bei der die Verbindung zwischen Grossrad und Treibachse über eine Kardanhohlwelle hergestellt ist und das Grossrad über eine Gelenkhebelkupplung mit der Kardanwelle und das freie Wellenende der Kardanhohlwelle über eine Gummiringfederkupplung mit dem Treibrad gekuppelt ist (österr. Patentschrift Nr. 246225).
Will man diesen bekannten, insbesondere für den Antrieb von Einphasenwechselstrom-Lokomotiven konzipierten Antrieb bei einmotorigen Triebdrehgestellen, insbesondere mit Gleichstrom-oder Mischstrommotoren anwenden, bei dem also der Antriebsmotor je ein Grossrad beider Treibachsen antreibt, würden sich ebenfalls wie oben bei dem erwähnten einmotorigen zweiachsigen Drehgestell die durch den Radsatzlauf erzeugten und durch die Blindmomente bedingten relativ grossen Verspannungswege der Achsen untereinander ergeben, was zu einem zusätzlichen Verschleiss an Spur-und Radkranz sowie an den Zahnflanken des Getriebes führen würde.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die unabgefederten Massen eines einmotorigen Drehgestelles wesentlich zu verkleinern und die Möglichkeit zu geben, Antriebsmotoren mit grosser Eisenlänge, also auch grösserer Leistung einzubauen. Schliesslich soll auch die axiale Beweglichkeit der Treibachsen gegenüber dem Drehgestell vergrössert werden, was insbesondere bei dreiachsigen Drehgestellen in bezug auf das Fahrverhalten in Kurven von erheblicher Bedeutung ist.
Schliesslich soll die antriebsbedingte Kupplung der einzelnen Achsen untereinander hartelastisch ausgeführt sein, d. h. die Drehelastizität der Kupplungselemente zwischen dem Getriebe und der Kardanhohlwelle soll möglichst klein sein, um die durch aus dem Radsatzlauf herrührenden Blindmomente bedingten Verspannungswege der Achsen zueinander so klein zu halten, dass sie dem kontinuierlichen Schlupfverhalten eines Einzelachsantriebes möglichst nahe kommt.
Gemäss der Erfindung wird nunmehr diese Aufgabe dadurch gelöst, dass sowohl das eine Ende jeder der Kardanhohlwellen mit der entsprechenden Hohlwelle des Achswinkelgetriebes als auch das andere Ende jeder der Kardanhohlwellen mit der entsprechenden Treibradachse über je eine zentrierende Gelenkhebelkupplung kraftschlüssig verbunden ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und im folgenden näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 die seitliche Ansicht einer Drehgestellanordnung nach der Erfindung mit einem dreiachsigen Drehgestell ; Fig. 2 eine Drehgestellanordnung im Schnitt quer zur Längsachse des Drehgestelles ; Fig. 3 nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ein zweiachsiges Triebdrehgestell in seitlicher Ansicht ; Fig. 4 das Triebdrehgestell von oben gesehen teilweise im Schnitt und Fig. 5 ebenfalls eine Draufsicht teilweise im Schnitt eines Triebdrehgestelles mit aussenliegender Kardanwelle.
Der Antriebsmotor--l--ist längsliegend über dem Drehgestellrahmen --2-- angeordnet und fest mit diesem verschraubt. An den Stirnseiten des Antriebsmotors sind Getriebe-3 und 3'--
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angeordnet, die fest mit dem Motor flanschartig verbunden sind und in gleicher Achshöhe mit den Treibachsen je eine abtreibende Welle aufweisen, die unterhalb des Drehgestellrahmens in Längsrichtung des Drehgestellrahmens liegen. Die Getriebe können als Stirnradübersetzungsgetriebe ausgeführt sein. Weiterhin sind drei Achswinkelgetriebe--5--vorhanden, die ebenfalls mit dem Drehgestellrahmen fest verbunden sind.
Die abtreibenden Wellen--4--des Stirnradgetriebes--3--sind mit den antreibenden Wellen der Achswinkelgetriebe--5--und die abtreibende Welle --4'-- des Stirnradgetriebes--3'--ist mit dem Achswinkelgetriebe--5'--gekuppelt. Diese können als übersetzende Kegelradgetriebe ausgebildet sein. Da der Antriebsmotor sowie die Stirnradgetriebe fest mit dem Drehgestellrahmen verschraubt sind, ist die zwischen Stirnradgetriebe und Achswinkelgetriebe angeordnete Kupplung nur zum Ausgleich von Bauungenauigkeiten bestimmt. Die abtreibenden Wellen
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vorgesehen. Eine solche Kupplung lässt bekanntlich eine grosse axiale Verschiebung der zu kuppelnden Wellen zueinander zu, ohne dass wesentliche axiale Rückstellkräfte auftreten.
Ein solcher Gelenkkardanhohlwellenantrieb gestattet Bewegungen des Treibradsatzes gegenüber dem Drehgestellrahmen in allen Ebenen. Da ein solcher Antrieb eine grosse axiale Verschiebung der Treibachse gegenüber dem Drehgestellrahmen zulässt, ergibt sich auch bei Kurvenfahrt des Triebfahrzeuges ein ausserordentlich ruhiger Lauf.
Bei der im Ausführungsbeispiel dargestellten Drehgestellanordnung ist das Achswinkelgetriebe auf einer Treibradseite ausserhalb der Drehgestellrahmen-Längsachse angeordnet und das Stirnradgetriebe schräg gestellt, so dass in Richtung der Treibachse ein ausreichend grosser Raum für die Unterbringung des Achswinkelgetriebes vorhanden ist.
Sowohl bei zweiachsigen als auch bei dreiachsigen Drehgestellen können alle Bauelemente gleich ausgebildet sein. Auch der Drehmomentübertragungsweg von Antriebsmotor zur Treibachse ist sowohl beim zweiachsigen als auch beim dreiachsigen Drehgestell für alle Achsen gleich. Dies ist ein besonderer Vorzug einer solchen Anordnung, da dadurch das elastische Verhalten der Treibachse gegenüber der Welle des Antriebsmotors bei allen Achsen gleich ist.
Die oben beschriebene Anordnung ist im wesentlichen für relativ grosse Triebmotorleistungen, wie sie bei Lokomotiven üblich sind, vorgesehen. Dabei sitzt der Triebmotor erhöht im Drehgestell und die Achswinkelgetriebe sind unsymmetrisch zur Fahrzeuglängsachse angeordnet. Der Platz für die Länge der Kardanhohlwelle ist daher relativ klein, womit auch die axiale und winkelige Auslenkungsmöglichkeit der Treibachse gegenüber dem Drehgestell beschränkt ist. Weiter ist ein Teil des Raumes über dem Drehgestell durch den Antriebsmotor in Anspruch genommen, so dass dieser z. B. bei einem Triebwagen nicht für Personen-Abteile nutzbar gemacht werden kann.
Für Triebwagen wird zwar meist eine niedrigere Leistung des Antriebsmotors ausreichend sein, jedoch ist auch dann ein durchgehender Boden im Wagenkasten, wie dies erwünscht ist, bei der vorerwähnten Anordnung nicht realisierbar. Durch eine weitere in den Fig. 3 bis 5 dargestellte Ausgestaltung der Erfindung kann diese auch für Triebwagen angewendet werden und die Auslenkungsmöglichkeit zwischen Treibachse und Drehgestell noch vergrössert werden.
In Drehgestellmitte ist in Längsrichtung des Drehgestelles --22-- ein Antriebsmotor --21-- mit zwei Wellenenden angeordnet. Der Antriebsmotor weist an beiden Enden einen Flansch auf, an den
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ausgebildet. In diesem sind die Treibachsen--26--mit Spiel geführt. Das Spiel muss so gross sein, dass insbesondere beim vertikalen Bewegen des Treibradsatzes gegenüber dem Drehgestellrahmen, der Treibradsatz sich mit der vollen Achsfederung bewegen kann, also keine metallische Berührung zwischen Treibradsatz und Kardanhohlwelle--28--bzw.
zwischen Kardanhohlwelle--28--und abtreibender Getriebewelle --27-- erfolgt. Das Motorgehäuse mit den beiden angeschraubten Achswinkelgetriebegehäusen--25--ist fest mit dem Drehgestellrahmen --22-- verbunden.
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Richtungen beweglichen Treibradsätzen --26-- erfolgt mittels eines sogenannten bekannten Gelenkhebel-Kardanantriebes. Die Kardanwelle --28-- ist ebenfalls als Hohlwelle um den Treibradsatz gelegt und zwischen der Getriebehohlwelle und der Radsatzwelle untergebracht. Sie führt also durch die Hohlwelle des Getriebes.
Eine solche Anordnung lässt wegen der grösseren Länge der Kardanhohlwelle eine wesentlich grössere Beweglichkeit des Treibradsatzes gegenüber der Getriebehohlwelle zu, als eine solche mit neben der Getriebehohlwelle angeordneter Kardanhohlwelle.
Dieser Vorteil ist von besonderer Bedeutung bei Schienenfahrzeugen mit schmälerer Spurweite als Normalspur. An beiden Enden der Kardanhohlwelle ist erfindungsgemäss eine sogenannte zentrierende Gelenkhebelkupplung--29, 30-angeordnet, die bekanntlich eine Kupplung ist, welche zwei Wellen miteinander so kuppelt, dass eine kardanische und axiale Bewegungsmöglichkeit vorhanden ist, ohne dass grosse Rückstellkräfte bei kinematischer winkelgleicher Exaktheit der Antriebsübertragung auftreten.
Man wird vorzugsweise die Gelenke der zentrierenden Gelenkhebelkupplung in verschleissloser und wartungsfreier Ausführung mit Gummikugelgelenken ausrüsten. Bedingt durch diese geringen Rückstellkräfte wirken sich Achsstösse in vertikaler und axialer Richtung nicht auf das Getriebegehäuse aus, was zu einer leichten Gestaltung der Getriebeeinheit führt.