Einzelachsantrieb für ein elektrisches Triebfahrzeug Die vorliegende Erfindung betrifft einen Einzelachs antrieb für ein elektrisches Triebfahrzeug, mit einem im Fahrgestell gelagerten elektrischen Fahrmotor, der über ein Getriebe und eine nachgiebige Kupplung mit der Treibachse verbunden ist. Der Konstruktion derar tiger Einzelachsantriebe liegt die Aufgabe zugrunde, einmal in dem begrenzten, zur Verfügung stehenden Raum einen Fahrmotor möglichst grosser Leistung unterzubringen und zum anderen die Lagerung des Fahrmotors und die Kupplungen so auszubilden, dass die Welle des Fahrmotors und die Treibachse sich in beliebiger Weise gegeneinander bewegen können, damit von der Schiene herrührende Stösse bzw. pulsierende Drehmomente des Fahrmotors abgedämpft und nicht übertragen werden.
Gemäss der Erfindung ist der Fahrmotor pendelnd im Fahrgestell gelagert und trägt nur auf einer Seite ein starr mit dem Motorgehäuse verbundenes Getriebe, dessen Grossrad die Treibachse mit Spiel umgibt und über eine kardanische Kupplung mit dieser verbunden ist.
Treten zwischen der angetriebenen und der antrei benden Welle winklige Bewegungen auf, so werden diese von der kardanischen Kupplung aufgenommen. Relativbewegungen zwischen Fahrgestell und Treib- achse in vertikaler Richtung werden dagegen durch die pendelnde Lagerung des Fahrmotors ermöglicht. Mithin erfüllt der gemäss der Erfindung ausgebildete Antrieb die Forderungen nach freier Beweglichkeit der Wellen gegeneinander.
Zum anderen wird durch die notwendigen Übertragungsmittel nur wenig Raum be ansprucht, da nur eine einzige, auf nur einer Seite an gebrachte Kupplung erforderlich ist, so dass der ver bleibende Raum für den Fahrmotor voll ausgenutzt werden kann, dessen Leistung bekanntlich um so grös- ser ist, je grösser der zur Verfügung stehende Raum ist.
Die Verwendung von kardanisch beweglichen Kupplungen ist bei elektrischen Triebfahrzeugen an sich bereits bekannt. Bei bekannten derartigen Antrie- ben ist der Fahrmotor im Drehgestell fest gelagert und zur Verbindung zwischen der Fahrmotorwelle und der Treibachse dienen jeweils zwei kardanisch bewegliche Kupplungen, die hintereinandergeschaltet und unterein ander durch eine Hohlwelle, welche die Treibachse mit Spiel umgibt, verbunden sind.
Bei diesen bekannten Antrieben sind daher jeweils zwei kardanisch bewegliche Kupplungen und eine sie verbindende Hohlwelle erforderlich. Ausserdem erfor dert der im Fahrgestell fest eingebaute Motor einen Mindestabstand zwischen jeweils Motorgehäuse/Hohl welle und Hohlwelle/Treibachse, der alle auftretenden Spiele und Toleranzen berücksichtigt. Dies bedeutet gegenüber dem Antrieb nach der Erfindung einen wesentlich grösseren Raumbedarf und grösseren Auf wand für die Übertragungsglieder.
Die Bodenfreiheit zwischen dem im Gehäuse fest gelagerten Grossrad und der Schienenoberkante wird bei einem fest im Fahrgestell gelagerten Motor zusätz lich um die Fahrgestellfederung vermindert. Hierdurch wird ein maximaler Durchmesser für das Grossrad festgelegt. Da beim Antrieb gemäss der Erfindung in folge der pendelnden Lagerung des Fahrmotors nur eine eventuelle vorhandene und wesentlich geringere radiale Federung der kardanischen Kupplung berück sichtigt werden muss, kann das Grossrad entsprechend grösser gestaltet werden. Bei einer festliegenden, grösstmöglichen Übersetzung bedeutet dies, dass die Zentrale (Mittenabstand Fahrmotorwelle-Treibachse) grösser ist, wodurch der Motordurchmesser zusätzlich grösser ausgeführt werden kann (grösseres Drehmo ment, grössere Leistung).
Man kann aber auch eine grössere Übersetzung wählen, was eine höhere Motor drehzahl ermöglicht, die wiederum zu einer Leistungs steigerung führt.
Gemäss einer Weiterausbildung der Erfindung kann die kardanische Kupplung in radialer Richtung federnd ausgebildet sein. Dadurch kann ein Teil der bei Schie- nenstössen auftretenden radialen Bewegungen des An triebes bereits von der kardanischen Kupplung aufge- nommen werden, so dass der Fahrmotor von den ent sprechenden Stössen entlastet wird. Es ist ferner zweckmässig, die kardanische Kupplung oder die im Getriebe - das ein- oder mehrstufig sein kann - ver wendeten Zahnräder drehelastisch auszubilden.
Die Drehelastizität im Antrieb wirkt sich in bekannter Weise beim Anfahren schonend für den Kommutator des elektrischen Fahrmotors aus und dämpft eventuelle Drehmomentpulsationen. Ausserdem werden durch die Drehelastizität von den vertikalen Bewegungen des Treibradsatzes hervorgerufene Zahnradstösse und Drehbeschleunigungen kompensiert. Man kann weiter hin eine axiale Beweglichkeit der kardanischen Kupp lung vorsehen, was vorteilhaft ist, wenn ein grösseres Querspiel zwischen der Treibachse und dem Fahrge stell auftritt.
Als kardanische Kupplung zwischen dem Grossrad und der Treibachse - die auch auf der Aussenseite des Treibrades angeordnet sein kann - können die ver schiedenartigsten Elemente verwendet werden, die jeweils in bekannter Weise eine winklige Lage der bei den verbundenen Wellen zueinander zulassen, wie z. B. Kardankreuzgelenke, Lenker mit elastisch oder als Kugelgelenke ausgebildeten Gelenkpunkten usw.
Um den Verschleiss und auch die erforderliche Wartung herabzusetzen, empfielt es sich, die kardani sche Kupplung aus Elementen aus gummielastischem Material zu bilden, wie z. B. einteilige Gummiringfe dern oder Ringfedersegmente oder Gummihülsenfe dern. Man kann ferner die kardanische Kupplung aus mehreren hintereinandergeschalteten Elementen zu sammensetzen, um verschiedene Eigenschaften, wie z. B. Drehelastizität bzw. Abfederung in radialer oder axialer Richtung, zu kombinieren.
In einer Ausbildungsform des Erfindungsgegenstan des ist es zweckmässig, die Lagerungen des Fahrmotors im Fahrgestell federnd auszubilden. Der Fahrmotor kann insbesondere an zwei Punkten drehbeweglich im Fahrgestell gelagert sein. Dadurch führt der Motor um eine durch diese beiden Punkte festgelegte Achse Dre hungen aus, welche jeweils vertikale Bewegungen der Achse ausgleichen. Es ist vorteilhaft, diese Drehachse in die Nähe des Schwerpunktes des Fahrmotors zu legen, weil dadurch die kardanische Kupplung entlastet wird.
Im folgenden sei der Erfindungsgegenstand anhand der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbei spiele näher erläutert: Fig.1 zeigt die Seitenansicht eines Einzelachsan triebes eines elektrischen Triebfahrzeuges, der gemäss der Erfindung ausgebildet ist.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie I-I in Fig. 1.
Die Fig. 3 bis 5 zeigen jeweils unterschiedlich aus gebildete kardanische Kupplungen als Verbindung zwi schen dem Grossrad und dem Treibrad.
Der in Fig.1 und 2 gezeigte Einzelachsantrieb eines elektrischen, auf Schienen laufenden Triebfahr zeuges, besteht aus dem zwischen den Treibrädern 1 liegenden elektrischen Fahrmotor 2, der neben der Treibachse 3 angeordnet ist. Am Gehäuse des Fahrmo tors 2 sind zwei Tragarme 4 und 5 befestigt, die über elastisch und kugelig ausgebildete Lager 6 und 7 im Träger des Fahr- oder Drehgestells 8 des Triebfahrzeu ges gelagert sind. Dadurch ist der Motor im Fahrgestell pendelnd aufgehängt. Es ist ausserdem hinsichtlich der möglichen Bewegungen so festgelegt, dass er nur eine Drehbewegung um die durch die Lager 6 und 7 festge legte Drehachse 9 ausführen kann. Die Drehachse 9 fällt bei diesem Ausführungsbeispiel mit der Mitte der Läuferwelle 10 des elektrischen Fahrmotors zusam men.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Anordnung auch so getroffen werden kann, dass sich der Motor um eine andere Drehachse bewegt, wobei die Lager auch ohne Tragarme unmittelbar am Motorgehäuse befestigt sein können.
Am Gehäuse des Fahrmotors 2 ist ausserdem der Ansatz 11 starr befestigt, der die Treibachse 3 mit Spiel umgibt und auf dem das Grossrad 12 drehbar gelagert ist. Das Getriebe 13, welches zur Übertragung des Drehmomentes dient und aus dem Grossrad 12 und dem von der Läuferwelle des Fahrmotors angetrie benen Ritzel 14 besteht, ist also starr mit dem Motor gehäuse verbunden. Zur Verbindung zwischen dem Grossrad 12 und dem Treibrad 1 bzw. der Treibachse 3 dient die kardanische Kupplung 15, die aus Gummi ringfedersegmenten besteht, die bei radialen Bewegun gen des Treibradsatzes auf Druck und bei kardani schen bzw. axialen Bewegungen auf Schub beansprucht werden. Die Ringfedersegmente sind zur Zierabsetzung der auftretenden Zugspannungen durch nicht darge stellte Mittel auf Druck vorgespannt.
Die Befestigung der Ringfedersegmente der karda nischen Kupplung kann so ausgebildet sein, dass die radial aussen liegenden metallischen Befestigungsteile der Ringfedersegmente mit dem Grossrad und die radial innen liegenden metallischen Befestigungsteile der Ringfedersegmente mit dem Treibrad verbunden sind. Dies hat den Vorteil, dass die Bremswärme nicht unmittelbar, sondern erst über einen weiten Weg auf die Gummiteile übertragen wird. Man kann die Befesti gung aber auch umgekehrt ausbilden. In diesem Falle kann die Dichtung des Zahnradkastens auf einem klei neren Durchmesser angeordnet werden, was sich gün stig für die Abdichtung und die Lebensdauer der Dich tung auswirkt.
Die Bindefläche zwischen dem Gummi und den metallischen Befestigungsteilen der als kardanische Kupplung verwendeten Gummiringfeder kann zylin drisch, kegelig oder kugelig ausgebildet sein oder aus einer Kombination dieser Flächen bestehen.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die kardanische Kupplung aus Gummihülsenfe dern, deren äussere metallischen Befestigungsteile 16 mit Hilfe von auf der Aussenseite des Treibrades 1 zugänglichen Bolzen 17 am Treibrad befestigt sind. Der Innenbolzen 18 der Gummihülsenfeder ist am Grossrad 12 befestigt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer aus mehre ren hintereinandergeschalteten Elementen zusammen gesetzten kardanischen Kupplung 15 zeigen die Fig.4 und 5. Am Körper des Grossrades 12 sind mehrere Lenker 21 angeordnet, die jeweils kugelig ausgebildete, elastische Gelenkpunkte 22 und 23 aufweisen. Der andere nicht mit dem Grossrad verbundene Gelenk punkt 23 der Lenker 21 ist jeweils mit einem Flansch 24 verbunden, der in zwei gegenüberliegende Ansätze 25 ausläuft. Zwischen den Ansätzen 25 sind zwei par allelgeschaltete Gummiringfedern 26 einvulkanisiert, deren gemeinsamer metallischer Mittelteil 27 mit dem Treibrad verbunden ist.
Die Gummiringfedern 26 wer den also bei radialen Bewegungen auf Schub bean sprucht. Die Lenker sind in ihrer Anzahl und in ihrer gegenseitigen Lage so zu wählen, dass sie den Flansch 24 zentrieren. Durch diese Hintereinanderschaltung von Lenkern und Gummiringfedern besitzt die karda nische Kupplung 15 eine grosse Nachgiebigkeit gegen über Bewegungen in radialer und auch in axialer Rich tung.