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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs.
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Bei dem Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, handelt es sich beispielsweise um ein elektrisch angetriebenes Schienenfahrzeug, wobei dieses direkt angetrieben sein bzw. der Antrieb über ein Getriebe erfolgen kann.
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Bei einem Antrieb über ein Getriebe weist die Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeugs, insbesondere Schienenfahrzeugs, zumindest ein Getriebe, ein Getriebegehäuse, eine Antriebswelle mit einer Antriebswellenachse und einem Antriebswellenlager, eine Abtriebswelle und ein Abtriebswellenlager auf, wobei die Vorrichtung antriebswellenseitig mittels Verbindungselementen beispielsweise mit einem Drehgestell oder einer Drehmomentstütze verbunden ist.
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Bei direkt angetriebenen Fahrzeugen, insbesondere Schienenfahrzeugen, weist die Vorrichtung zum Antrieb des Fahrzeugs zumindest eine Welle auf, die funktional sowohl als Antriebs- als auch als Abtriebswelle fungiert. Die Vorrichtung zum Antrieb ist ebenfalls mittels Verbindungselementen beispielsweise mit einem Drehgestell oder einer Drehmomentstütze verbunden.
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Aus der
deutschen Auslegeschrift 12 14 263 ist eine Vorrichtung bekannt, bei welcher mittels zweier Federelemente, die dort auch als Gummielemente bezeichnet sind und sich in einer vertikalen Ausrichtung befinden, die Vorrichtung mit einem Drehgestell verbunden ist. So ist daraus eine Radkastenaufhängung für das Getriebe eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, bekannt, bei welcher der Radkasten auf der Radachse abgestützt ist, eine Drehbewegung um diese und beim Einfedern des Antriebes um die Achse des Motorritzels ausführen kann und mit der Motorwelle über elastische Kupplungselemente verbunden ist. Der ritzelseitige Teil des Radkastens ist unter Zwischenschaltung von flexiblen Elementen in einem Radkastenträger abgestützt. Der Radkastenträger ist mit dem Rahmen (z. B. Querträger des Fahrgestells) fest verbunden.
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Bei einer derartigen Aufhängungsart ist auch der Begriff des ”teilabgefederten Antriebs” anwendbar.
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Ergänzend werden bei bekannten Ausführungen zur Vermeidung einer zu großen Auslenkung des Getriebes in den Gummielementen massive, nichtelastische Anschläge, beispielsweise aus Stahl, eingebaut.
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Bei der Verwendung von solchen vertikal angebrachten Anschläge ergeben sich Nachteile bezüglich der Aufhängung der Vorrichtung zum Antrieb. Nachteilig ist, dass insbesondere beim Kurzschlussfall, d. h. die Vorrichtung zum Antrieb wird kurzfristig sehr stark in Richtung einer der beiden Kupplungselemente/Federelemente ausgelenkt, und prallt nahezu ungedämpft auf die Anschläge, wodurch sehr hohe Kraftspitzen auf die Aufhängung der Vorrichtung zum Antrieb, beispielsweise die Drehmomentstütze, einwirken, was im Extremfall zu einer Beschädigung oder zu einem Totalausfall führen kann. Bisher wird dieser Nachteil gewöhnlich durch eine Überdimensionierung der Verbindungselemente gelöst.
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Aus der
DE 24 43 149 A1 ist eine elastische Aufhängung für die Antriebseinheit einer Fahrzeugachse im Rahmen eines Fahrgestells bekannt, bei der durch einen am Rahmen oder der Antriebseinheit befestigten Zapfen mit polygonalem Querschnitt, eine an dem anderen der beiden Teile befestigte der Zapfenform angepasste Hülse und eine elastomere Zwischenlage zwischen Zapfen und Hülse vorgesehen ist.
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Aus der
DE 41 29 805 A1 ist eine Lagerung eines Antriebsaggregats in Kraftfahrzeugen bekannt, wobei eine Drehmomentabstützung durch gabelumgreifende Auslegearme erfolgt.
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Aus der
JP 2002-303346 A ist eine Luftfederung für Wagons bekannt.
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Aus der
GB 390 615 A ist eine Federung für Schienenfahrzeuge beschrieben, die Bewegungen des Antriebs kompensieren soll.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Aufhängung der Vorrichtung zum Antrieb eines Schienenfahrzeugs zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Antrieb eines Schienenfahrzeugs gelöst, welches ein Gehäuse mit wenigstens einer Welle und einer Drehmomentstütze aufweist, wobei das Gehäuse mittels wenigstens zwei Verbindungselementen mit der Drehmomentstütze verbunden ist, wobei jedes der Verbindungselemente, welche in Bezug auf eine horizontale Achse in einer ersten horizontalen Hälfte und einer zweiten horizontalen Hälfte angeordnet sind, derart, dass die Drehmomentstütze C-bügelförmig ausgeführt ist, und wobei jeweils mindestens ein Anschlag vorhanden ist, wobei der Anschlag jeweils wenigstens zwei Schichten aufweist, wobei eine Schicht aus einem Material mit elastischen Eigenschaften und eine Schicht aus einem Material mit nichtelastischen Eigenschaften besteht.
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Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Anschläge weisen diese elastische Eigenschaften auf, wodurch insbesondere vertikale Auslenkungen des teilabgefederten Antriebs in vorteilhafter Weise verbessert abgefedert werden, da vertikale Extremauslenkungen zu keinen harten Endanschlägen an der, über die Verbindungselemente, insbesondere Anschläge, angekoppelten Drehmomentstütze führen. Kraftspitzen auf die Drehmomentstütze werden dadurch deutlich reduziert, mögliche Beschädigungen an der Drehmomentstütze vermieden. Die Verbindungselemente bestehen insbesondere beispielsweise aus üblicherweise verwendeten Gummifederelementen sowie einem oder mehreren, bevorzugterweise zwei erfindungsgemäßen Anschlägen, wobei die Anschläge entweder einseitig oder beidseitig in Verbindung mit den Gummifederelementen angebracht sein können, um eine unzulässig hohe Auslenkung an der Kupplung zu vermeiden. Die Anschläge können separat an der Drehmomentstütze bzw. dem Gehäuse montiert oder demontiert werden. Selbstverständlich können die Anschläge auch unmittelbarer Bestandteil eines Gummifederelementes sein oder nachträglich mit den üblichen Befestigungsmitteln bzw. -methoden mit einem Gummifederelement verbunden werden. Die verwendeten Verbindungselemente mit den erfindungsgemäßen Anschlägen müssen jedoch nicht zwingend identisch aufgebaut sein. Vielmehr ist es ohne weiteres möglich völlig unterschiedlich aufgebaute Verbindungselemente auch mit unterschiedlich aufgebauten erfindungsgemäßen Anschlägen zu verwenden, falls dies für die jeweilige Anwendung gewünscht bzw. benötigt wird.
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Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, weist jedes Verbindungselement jeweils zwei Anschläge auf, wobei ein Anschlag mit der Drehmomentstütze und der andere Anschlag mit dem Gehäuse verbunden ist. Die Abfederung vertikaler Extremauslenkungen wird dadurch weiter verbessert, was durch Simulationen, in Laborversuchen sowie in umfangreichen Versuchsreihen eindrucksvoll bestätigt wurde.
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Nach einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung weisen die Anschläge einen Schichtaufbau auf, wobei abwechselnd auf eine Schicht aus einem Material mit elastischen Eigenschaften eine Schicht aus einem Material mit nichtelastischen Eigenschaften folgt. Darüber hinaus sind die Anschläge elastisch und/oder plastisch verformbar. Weiterhin weisen die Anschläge sowohl federnde als auch dämpfende Eigenschaften auf. Die federnden bzw. dämpfenden Eigenschaften lassen sich beispielsweise dadurch erzielen, dass das Material mit den elastischen Eigenschaften ein gummiartiges Material ist. Durch eine feiner unterteilte Struktur aus sich einander abwechselnden Schichten mit unterschiedlichen elastischen Materialeigenschaften, die sich zudem unterschiedlich plastisch und/oder elastisch verformen lassen und in der Kombination sowohl federnde als auch dämpfende Eigenschaften aufweisen, können abrupt auftretende Kraftspitzen auf die Drehmomentstütze bzw. das Drehgestell, beispielsweise verursacht durch eine Kurzschlusssituation, noch stärker abgemildert bzw. komplett aufgefangen werden. Simulationen sowie umfangreiche Versuchsreihen haben dies bestätigt.
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Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Verbindungselementen und
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2 eine Detaildarstellung eines erfindungsgemäßen Verbindungselements mit Anschlägen
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Antrieb eines Fahrzeugs, insbesondere Schienenfahrzeugs, welche aus einem Gehäuse 7 besteht, wobei das Gehäuse 7 als Getriebegehäuse ausgeführt ist, welches über Verbindungselemente 3, 4 jeweils mit Anschlägen 14, 15 (s. 2) mit beispielsweise einer Drehmomentstütze 2 verbunden ist. Die Verbindungselemente 3, 4 bestehen insbesondere beispielsweise aus in bekannten Ausführungen üblicherweise verwendeten Gummifederelementen 16 sowie einem oder mehreren, bevorzugterweise zwei erfindungsgemäßen Anschlägen 14, 15, wobei die Anschläge 14, 15 entweder einseitig oder beidseitig in Verbindung mit den Gummifederelementen 16 angebracht sein können, um eine unzulässig hohe Auslenkung an der Kupplung zu vermeiden. Die Anschläge 14, 15 können separat an der Drehmomentstütze 2 bzw. dem Gehäuse 7 befestigt oder entfernt werden. Selbstverständlich können die Anschläge 14, 15 auch unmittelbarer Bestandteil eines Gummifederelementes 16 sein oder nachträglich mit den üblichen Befestigungsmitteln bzw. -methoden mit einem Gummifederelement 16 verbunden werden. Die Verbindungselemente 3, 4 weisen dabei bevorzugterweise jeweils zwei Anschläge 14, 15 auf, die aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht bezeichnet wurden. Eine diesbezügliche Erläuterung erfolgt bei der Figurenbeschreibung der 2, welche eine Detaildarstellung des Verbindungselements 3 mit den erfindungsgemäßen Anschlägen 14, 15 zeigt.
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Das gezeigte Ausführungsbeispiel des Gehäuses 7 umfasst beispielsweise ein Getrieberad sowie ein Antriebsrad mit einer Welle 8 sowie eine abnehmbare Ölwanne 13. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist das Antriebsrad sowie das Getrieberad nicht näher bezeichnet. Zur Erläuterung der räumlichen Verhältnisse ist eine horizontale Achse 9 sowie eine vertikale Achse 12 dargestellt, die senkrecht zueinander angeordnet sind und sich im Mittelpunkt der Welle 8 schneiden. Durch die horizontale Achse 9 wird die Vorrichtung 1 in eine erste horizontale Hälfte 10 und eine zweite horizontale Hälfte 11 aufgeteilt. Entlang der vertikalen Achse 12 sind sowohl das Verbindungselement 3 mit Anschlägen 14, 15 in der ersten horizontalen Hälfte 10 als auch das Verbindungselement 4 mit Anschlägen 14, 15 in der zweiten horizontalen Hälfte 11 mit der Drehmomentstütze 2 fest verbunden. Die Verbindungselemente 3, 4 jeweils mit Anschlägen 14, 15 können beispielsweise mit Befestigungsmittel, insbesondere Schrauben, sowohl an der Drehmomentstütze 2 als auch am Gehäuse 7 verbunden werden. Andere übliche Befestigungsmethoden bzw. Befestigungsmittel sind selbstverständlich ebenfalls möglich. Bei den in der 1 gezeigten Verbindungselementen 3 bzw. 4 ist der erfindungsgemäße Aufbau der Anschläge 14, 15 aus mehreren Schichten, die unterschiedliche Materialien mit unterschiedlichen elastischen Eigenschaften aufweisen, aus Gründen der Übersichtlichkeit nur angedeutet. Eine genaue Beschreibung findet sich in der Figurenbeschreibung der 2. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Anschläge 14, 15 sind insbesondere vertikale Auslenkungen des Gehäuses 7 besser abgefedert. Insbesondere vertikale Extremauslenkungen des Gehäuses 7, welche beispielsweise bei einer Kurzschlusssituation sehr abrupt auftreten können, führen durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Anschläge 14, 15 zu keinen harten Endanschlägen an der mittels der Verbindungselemente 3, 4 angekoppelten Drehmomentstütze 2, da die Auswirkungen solcher Auslenkungen durch das Zusammenpressen der elastischen Anschläge 14, 15, welche dadurch die Stoßenergien bzw. die auftretenden Kräfte aufnehmen, entsprechend reduziert bzw. abgefedert werden. Kraftspitzen auf die Drehmomentstütze 2 werden deutlich reduziert bzw. komplett verhindert und mögliche Beschädigungen, insbesondere ein möglicher Totalausfall, an der Drehmomentstütze 7 dadurch vermieden.
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Die 2 zeigt eine Detaildarstellung eines Verbindungselements 3 mit erfindungsgemäßen Anschlägen 14, 15. Das Verbindungselement 3 besteht insbesondere beispielsweise aus einem oder auch mehreren in bekannten Ausführungen üblicherweise verwendeten Gummifederelementen 16 sowie einem oder mehreren, bevorzugterweise zwei erfindungsgemäßen Anschlägen 14, 15, wobei die Anschläge 14, 15 entweder einseitig oder beidseitig in Verbindung mit dem Gummifederelement 16 angebracht sein können, um eine unzulässig hohe Auslenkung an der Kupplung zu vermeiden. Die Anschläge 14, 15 können separat an der Drehmomentstütze 2 bzw. dem Gehäuse 7 befestigt oder entfernt werden. Selbstverständlich können die Anschläge 14, 15 auch unmittelbarer Bestandteil eines Gummifederelementes 16 sein oder nachträglich mit den üblichen Befestigungsmitteln bzw. -methoden mit einem Gummifederelement 16 verbunden werden. Das Verbindungselement 4 ist analog zum Verbindungselement 3 aufgebaut. Die zwei Verbindungselemente 3, 4 mit den erfindungsgemäßen Anschlägen 14, 15 müssen jedoch nicht zwingend identisch aufgebaut sein. Vielmehr ist es ohne weiteres möglich völlig unterschiedlich aufgebaute Verbindungselemente 3, 4 auch mit unterschiedlich aufgebauten erfindungsgemäßen Anschlägen 14, 15 zu verwenden, falls dies für die jeweilige Anwendung gewünscht bzw. benötigt wird.
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Die Anschläge 14, 15 weisen einen Schichtaufbau aus mehreren Schichten 5, 6 auf, wobei die Schichten 5, 6 aus unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen elastischen Eigenschaften aufgebaut sind. So ist beispielsweise die Schicht 5 aus einem Material mit elastischen Eigenschaften und die Schicht 6 aus einem Material mit nicht elastischen Eigenschaften aufgebaut. Die in der 2 gezeigte Ausführungsform der Anschläge 14, 15 weist im Wesentlichen zwei unterschiedliche Arten von Schichten auf, bei denen jeweils nur die Schicht 5 bzw. 6 aus Gründen der Übersichtlichkeit bezeichnet worden sind. Schichten mit der gleichen Schraffur, insbesondere Schicht 5, bestehen dabei jeweils aus dem gleichen Material und weisen dieselben Materialeigenschaften, insbesondere dieselben elastischen Eigenschaften auf. Analoges gilt für die Schichten, die nicht schraffiert gezeichnet sind, insbesondere Schicht 6. In der gezeigten Ausführungsform für die Anschläge 14, 15 der 2 wechseln sich regelmäßig nacheinander eine Schicht 5 aus einem Material mit elastischen Eigenschaften mit einer Schicht 6 aus einem Material mit nicht elastischen Eigenschaften ab, Selbstverständlich ist es auch möglich, einen anderen Schichtaufbau als den in der 2 gezeigten zu wählen. Insbesondere können auch Kombinationen mit mehr als zwei verschiedenen Arten von Schichten 5, 6 mit unterschiedlichen Materialien und unterschiedlichen elastischen Eigenschaften gewählt werden. Insbesondere ist es auch nicht notwendig, dass eine Schicht 6 zwingend aus einem Material mit nicht elastischen Eigenschaften besteht. Bei einem Schichtaufbau mit mehr als zwei Schichten bzw. mehr als zwei Arten von verschiedenen Schichten mit unterschiedlichen elastischen Materialeigenschaften ist selbstverständlich die Reihenfolge, in der sich die Schichten abwechseln, völlig beliebig und es können alle möglichen Permutationen gewählt werden, soweit sie den Anforderungen, insbesondere den Anforderungen zur Ankopplung der Anschläge 14, 15 an die Drehmomentstütze 2 bzw. das Gehäuse 7, genügen. Die Anschläge 14, 15 sind durch den erfindungsgemäßen Schichtaufbau insbesondere elastisch und/oder plastisch verformbar und weisen darüber hinaus federnde bzw. dämpfende Eigenschaften auf. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schicht 5, welche aus einem Material mit elastischen Eigenschaften besteht, aus einem gummiartigen Material besteht. Durch einen solchen Aufbau lassen sich die Anschläge 14, 15 durch einen sogenannten ”Ziehharmonikaeffekt” sehr stark zusammenpressen und können durch ihre Verformbarkeit bzw. Elastizität die entsprechenden Kräfte bzw. Energien aufnehmen, die insbesondere bei einer Extremauslenkung des Gehäuses 7 ungedämpft auf die Drehmomentstütze 2 einwirken würden.
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Durch die im gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel der 2 sehr fein unterteilte Struktur der Anschläge 14, 15 aus zwei verschiedenen Schichten 5, 6 mit unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen elastischen Eigenschaften lässt ein solcher Schichtaufbau eine plastische und/oder elastische Verformbarkeit zu, die in Kombination mit den federnden und dämpfenden Eigenschaften der einzelnen Schichten 5, 6 auftretende Kraftspitzen, insbesondere abrupt auftretende Kraftspitzen auf die Drehmomentstütze 2, beispielsweise verursacht durch eine Kurzschlusssituation, noch stärker abmildern bzw. komplett auffangen. Dieses Verhalten wird durch Simulationen, Laborversuche sowie umfangreiche Versuchsreihen gestützt und eindeutig bestätigt.
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Zusammengefasst betrifft die Erfindung eine Vorrichtung 1 zum Antrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, bei dem Verbindungselemente 3, 4 mit plastisch bzw. elastisch verformbaren Anschlägen 14, 15 eingesetzt werden, welche einen Schichtaufbau aufweisen, bei dem sich wechselweise Schichten 5 mit elastischen Eigenschaften und Schichten 6 mit nichtelastischen Eigenschaften abwechseln, wodurch Kraftspitzen auf die Aufhängung der Vorrichtung 1, beispielsweise eine Drehmomentstütze 2 oder ein Drehgestell, deutlich reduziert werden.
