DE19956976C2

DE19956976C2 - Losradachse für Schienenfahrzeuge

Info

Publication number: DE19956976C2
Application number: DE19956976A
Authority: DE
Inventors: Andreas Brinkmann; Thoddaeus Kasprzyk; Thomas Timmermann; Bernd Wienkop
Original assignee: Gutehoffnungshutte Radsatz GmbH
Current assignee: Gutehoffnungshutte Radsatz GmbH
Priority date: 1999-11-26
Filing date: 1999-11-26
Publication date: 2001-09-06
Anticipated expiration: 2019-11-27
Also published as: US20020083862A1; WO2001038154A1; PL349151A1; PL193486B1; CZ20012610A3; DE19956976A1; ATE273822T1; CZ293816B6; EP1149009B1; AU2000301A; EP1149009A1; US6631936B2; DE50007473D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Losradachse mit einzeln gelagerten Rädern für Einzel- oder Doppelachsfahr werke von Schienenfahrzeugen, insbesondere Niederflurfahr zeugen, mit einem U-förmigen, die Räder mit seitlichen Tragschenkeln außen umgreifenden Radtragrahmen, wobei jedes Rad auf der Innenseite des zugehörigen Tragschenkels über eine Radlagerung auf einem Achsstummel des Tragschenkels drehbar gelagert ist, und wobei jedes Rad auf seiner In nenseite drehmomentschlüssig mit einer Welle verbunden ist, die sich durch Öffnungen des Rades und des Tragschenkels nach außen erstreckt.

Eine derartige Losradachse ist in der WO 98/24674 beschrie ben. Diese bekannte Losradachse ist konkret als angetriebe ne Achse ausgebildet, wobei auf jeder Fahrwerkslängsseite außen am Fahrwerksrahmen ein Antrieb befestigt ist. Der An trieb ist - aufgrund einer zwischen dem Tragrahmen und einem den Antrieb tragenden Fahrwerksrahmen vorgesehenen Primärfederung - über eine kardanische Doppelkupplung mit dem Rad verbunden. Dabei ist eine erste, antriebsseitige Kupplungsebene auf der Außenseite des Antriebs angeordnet und eine zweite, abtriebsseitige Kupplungsebene liegt di rekt auf der Innenseite des Rades. Die dadurch als Kar danwelle fungierende Welle verläuft durchgehend mit ent sprechender Länge zwischen den beiden Kupplungsebenen der kardanischen Doppelkupplung. Diese bekannte Losradachse hat den Vorteil, daß Achse und Antrieb eine geringe Baubreite haben können, um beispielsweise auch Schmalspur-Fahrzeuge mit gleichzeitig geringer Wagenkastenbreite ohne störenden Überstand der Fahrwerke zu ermöglichen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Lagerung des Rades innerhalb desselben angeordnet ist, wodurch eine gute Tragfähigkeit und hohe Lebensdauer erreicht wird. Diese Lösung ist jedoch von Nachteil, wenn eine maximale, lediglich durch den Abstand der Räder sowie notwendige Querfederwege und -freiräume begrenzte Mittelgangbreite (wie z. B. bei Niederflurfahrwagen üblich) verlangt wird, da diese durch die auf der Innenseite des Rades angeordnete Kupplungsebene eingeschränkt wird. Nachteilig kann ebenfalls die durch die Kupplungsebene erschwerte Zugänglichkeit von Radbauteilen, wie z. B. der Radlagerung, für Wartungsarbeiten sein. Außerdem müßte bei einer Anpassung an andere z. B. noch geringere Spurweiten praktisch die gesamte Konstruktion geändert werden.

Die DE 44 29 889 A1 beschreibt ein anderes Fahrwerk, bei dem die Räder zusammen mit dem außenseitigen Antrieb außen am Rahmen angeordnet sind. Auch hier sind die Räder mit dem Antrieb über jeweils eine kardanische Doppelkupplung verbunden, wobei aber die abtriebsseitige Kupplungsebene di rekt auf der Außenseite des Rades liegt und der Radtragrahmen zwischen den Innenseiten der beiden Räder einer Achse angeordnet ist. Dadurch ist eine Anpassung an unterschiedliche, insbesondere geringere Spurweiten besonders problematisch.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Losradachse zu schaffen, mit der unter Aufrechterhaltung der beschriebenen übrigen Vorteile und bei geringem Fertigungsaufwand eine optimierte Haltbarkeit insbesondere im Bereich der Radlagerung erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Radlagerung aus (nur) zwei Teillagern besteht und das erste Teillager innerhalb der Öffnung des Rades zwischen dem Rad und dem Achsstummel des Tragschenkels angeordnet ist, während das zweite Teillager zum ersten axial und radial versetzt innerhalb der Öffnung des Tragschenkels zwischen letzterem und der Welle angeordnet ist.

Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß die nur zwei vorgesehenen Teillager sehr einfach in Fluchtung gebracht werden können. Es handelt sich um eine "aufgeteilte" Radlagerung, wobei das erste Teillager innerhalb des Rades, d. h. im von dessen axialer Breite bzw. Dicke bestimmten Bereich der Rad-Öffnung, angeordnet ist. Das zweite Teil lager wurde erfindungsgemäß axial verlagert. Dadurch bildet das Rad zusammen mit der Welle praktisch eine Einheit, die über die beiden axial versetzt angeordneten Teillager in ihrer Gesamtheit gelagert ist, bei Erzielung einer im vorhandenen Bauraum optimalen Lagertragfähigkeit und somit Lagerlebensdauer.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschrei bung enthalten.

Anhand von bevorzugten, in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungs- und Anwendungsbeispielen soll die Erfindung genauer erläutert werden. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine stark schematische Draufsicht eines Doppel achsfahrwerks mit zwei erfindungsgemäßen, hier beispielsweise angetriebenen Losradachsen,

Fig. 2 den Bereich II aus Fig. 1 in einer vergrößerten detaillierteren Schnittansicht, wobei in der oberen und der unteren Figurenhälfte zwei ver schiedene Anwendungsvarianten dargestellt sind,

Fig. 3 eine Ausführungsvariante der Radlagerung im Halb schnitt ähnlich Fig. 2.

In Fig. 1 ist zunächst beispielhaft eine Anwendung von zwei erfindungsgemäßen Losradachsen 1 in einem angetriebenen Doppelachsfahrwerk veranschaulicht. Auf jeder Fahrwerks längsseite ist dabei eine Antriebseinheit 2 vorhanden, die aus einem Elektromotor 4 und beidseitig angeflanschten Ke gelrad-Getrieben 6 besteht. Jede Achse weist einen U-för migen Radtragrahmen 8 auf, der auch unter dem Begriff Por talachse bekannt ist. An dem Radtragrahmen 8 sind Räder 10 einzeln gelagert, wobei der Radtragrahmen 8 die Räder mit seitlichen Tragschenkeln 12 außen umgreift und jedes Rad auf der Innenseite des zugehörigen Tragschenkels 12 drehbar angelenkt ist. Jede Antriebseinheit 2 ist an einem nicht dargestellten Fahrwerkrahmen aufgehängt, der sich über eine Primärfederung auf dem jeweiligen Radtragrahmen 8 abstützt.

Dazu weist der Radtragrahmen 8 insbesondere im Bereich der Tragschenkel 12 Auflageflächen 14 für Primärfederelemente auf.

Wie sich nun aus Fig. 2 ergibt, ist jedes Rad 10 auf seiner Innenseite drehmomentschlüssig mit einer Welle 16 verbun den, die sich durch Öffnungen 11 und 13 des Rades 10 und des Tragschenkels 12 nach außen erstreckt. Diese Welle 16 endet vorzugsweise in einer direkt auf der Außenseite des Tragschenkels 12 gebildeten Verbindungsebene 18. Vorzugs weise ist die Welle 16 auf ihrer Innenseite über ein An schlußelement 30 starr mit dem Rad 10 verbunden, so daß die Welle 16 koaxial mit dem Rad 10 rotiert.

Erfindungsgemäß ist zur Drehlagerung des Rades 10 bzw. der durch ihre starre Verbindung aus dem Rad 10 und der Welle 16 gebildeten Einheit (Rad-Wellen-Einheit) eine Radlagerung 32 vorgesehen, die aus (nur) zwei Teillagern 34a und 34b besteht. Das erste Teillager 34a ist innerhalb des Rades 10, d. h. im von dessen axialer Breite bestimmten Bereich seiner Öffnung 11, also radial zwischen dem Rad 10 und einem in das Rad eingreifenden Achsstummel 36 des Trag schenkels 12 angeordnet. Das zweite Teillager 34b ist - zu dem ersten Teillager 34a axial und radial versetzt - inner halb der Öffnung 13 des Tragschenkels 12 radial zwischen letzterem und der Welle 16 angeordnet. Diese erfindungsge mäße Ausgestaltung gewährleistet eine optimale Lagerbean spruchung und dadurch eine lange Haltbarkeit der Lager. Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Radlagerung 32 werden weiter unten noch genauer erläutert werden.

Bei dem in Fig. 2 obere Hälfte dargestellten Anwendungsbei spiel einer angetriebenen Losradachse 1 bildet die Welle 16 eine Antriebs-Zwischenwelle 20, die in der Verbindungsebene 18 über eine Kupplung 22 mit einer eigentlichen Antriebs welle 24 der Antriebseinheit 2 verbunden ist. Die Antriebs welle 24 ist auf ihrer anderen, gegenüberliegenden Seite über eine weitere Kupplung 26 mit dem Getriebe 6 des An triebs 2 verbunden. In der bevorzugten Ausgestaltung sind die Antriebswelle 24 als eine in Verlängerung der Zwischen welle 20 im Wesentlichen koaxiale, vorzugsweise hohle Kar danwelle und die zwei beidseitigen Kupplungen 22 und 26 als kardanische Doppelkupplung ausgeführt. Dabei verläuft die Antriebswelle 24 durch das Getriebe 6 hindurch, so daß eine antriebsseitige Kupplungsebene 28 auf der vom Tragrahmen 8 wegweisenden Außenseite des Getriebes 6 bzw. des Antriebs 2 liegt, während die abtriebsseitige Verbindungsebene 18 und die Kupplung 22 zwischen dem Getriebe 6 und dem Trag schenkel 12 des Tragrahmens 8 liegen (vgl. hierzu auch Fig. 1).

Jede Kupplung 22, 26 besteht in an sich bekannter Weise aus sternförmigen Kupplungsstücken, die unter Zwischenlage von elastischen, keilartigen Ausgleichselementen ineinander greifen. Hierdurch gestatten sie einen kardanischen Aus gleich von Federungsbewegungen in einer Größenordnung von mindestens ca. ± 15 mm.

In Abweichung von der Ausführung nach Fig. 2 kann sich die mit dem Rad 10 verbundene Welle 16 auch einteilig durch gehend bis zum Antrieb 2 bzw. der dort auf der Außenseite liegenden Kupplung 26 (Kupplungsebene 28) erstrecken.

Bei der in der unteren Hälfte der Fig. 2 dargestellten Aus führungs- und Anwendungsform der erfindungsgemäßen Losrad achse 1 handelt es sich um eine nicht-angetriebene Version.

Dabei entfallen die Antriebseinheiten 2 mit den Elektromo toren 4 und den Getrieben 6 einschließlich der Antriebs wellen 24. Stattdessen kann dann jede Welle 16 vorteilhaf terweise als Bremswelle 37 genutzt werden, indem sie in der Verbindungsebene 18 mit einer Bremseinrichtung verbunden wird. Bei dieser Alternative ist die Bremseinrichtung be vorzugt als Scheibenbremse ausgeführt, wobei mit der Welle 16 eine Bremsscheibe 38 verbunden ist, so daß diese gemein sam mit dem Rad 10 rotiert. Die Bremsscheibe 38 wirkt mit einem nicht dargestellten, am Tragschenkel 12 des Radtrag rahmens 8 abgestützten Bremssattel zusammen. Die Verbin dungsebene 18 dieser nicht-angetriebenen, sondern brems fähigen Version muß nicht genau mit der Lage der Verbin dungsebene 18 der angetriebenen Version nach Fig. 2 über einstimmen.

Im Folgenden soll die erfindungsgemäße Radlagerung 32 noch genauer erläutert werden. Durch die erfindungsgemäße An ordnung der beiden Teillager 34a, 34b weist zunächst das erste Teillager 34a einen in der Öffnung 11 des Rades 10 sitzenden und daher zusammen mit dem Rad 10 rotierenden Außenring 40 und einen nicht-rotierend auf dem Achsstummel 36 sitzenden Innenring 42 auf. Weiterhin weist das zweite Teillager 34b einen mit der Welle 16 rotierenden Innenring 44 und einen nicht-rotierend in der Öffnung 13 des Trag schenkels 12 sitzenden Außenring 46 auf. Heide Teillager 34a, 34b sind dabei bevorzugt als Kegelrollenlager zur Auf nahme von Radialkräften F_rad sowie von in beiden axial ent gegengesetzten Richtungen wirkenden Axialkräften +F_a und -F_a ausgebildet. Da die Teillager 34a, 34b bezüglich ihrer rotierenden bzw. nicht-rotierenden Außen/Innenringe erfin dungsgemäß "umgekehrt" angeordnet sind, ergibt sich bei Verwendung von Kegelrollenlagern, daß zur Abstützung beider Axialkräfte die Konusflächen der beiden Teillager 34a, 34b - rein geometrisch gesehen - nicht wie sonst üblich entge gengesetzt geneigt verlaufen, sondern sie verlaufen in einer Axialrichtung gesehen gleichsinnig geneigt (Spiege lung der Kraftwirkrichtung). Bei Betrachtung von der Rad- Innenseite in Richtung der Außenseite (in Fig. 2 und 3 von rechts nach links) können sich die Konusflächen der Lager ringe entweder gemäß Fig. 2 verjüngen oder gemäß Fig. 3 erweitern. Die Auswahl zwischen den beiden Alternativen hängt von den im jeweiligen Anwendungsfall auftretenden Kräften ab. In aller Regel ist die Ausführung nach Fig. 2 zu bevorzugen.

Abschließend sollen die Vorteile der beschriebenen Losrad achse wie folgt zusammengefaßt werden:

1. Antriebskomponenten unabhängig von der jeweiligen Spurweite stets gleich
2. lange Standzeit der Radlagerung durch optimale Anord nung der beiden Teillager unabhängig von der jeweili gen Spurweite
3. Anpassung an unterschiedliche Spurweiten unter Beibe haltung des Antriebs allein durch Anpassen der An triebs-Zwischenwelle und der Radaufhängung möglich
4. hohe Anwendungsvariabilität, so auch für nicht-ange triebene Achse mit über die Radwelle gebremsten Rädern.

Claims

1. Losradachse (1) mit einzeln gelagerten Rädern (10) für Einzel- oder Doppelachs-Fahrwerke von Schienenfahrzeugen, insbesondere Niederflurfahrzeugen, mit einem U-förmigen, die Räder (10) mit seitlichen Tragschenkeln (12) außen umgreifenden Radtragrahmen (8), wobei jedes Rad (10) auf der Innenseite des zugehörigen Tragschenkels (12) über eine Radlagerung (32) auf einem Achsstummel (36) des Tragschenkels (12) drehbar gelagert ist, und wobei jedes Rad (10) auf seiner Innenseite drehmomentschlüssig mit einer Welle (16) verbunden ist, die sich durch Öffnungen (11 und 13) des Rades (10) und des Tragschenkels (12) nach außen erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Radlagerung(32) aus zwei Teillagern (34a und 34b) besteht und das erste Teillager (34a) innerhalb der Öffnung (11) des Rades (10) zwischen dem Rad (10) und dem Achsstummel (36) des Tragschenkels (12) angeordnet ist, während das zweite Teillager (34b) zum ersten axial und radial versetzt innerhalb der Öffnung (13) des Tragschenkels (12) zwischen letzterem und der Welle (16) angeordnet ist.

2. Losradachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teillager (34a) einen mit dem Rad (10) rotierenden Außenring (40) und einen nicht-rotierend auf dem Achsstummel (36) sitzenden Innenring (42) aufweist.

3. Losradachse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Teillager (34b) einen mit der Welle (16) rotierenden Innenring (44) und einen nicht-rotierend in der Öffnung (13) des Tragschenkels (12) sitzenden Außenring (46) aufweist.

4. Losradachse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teillager (34a und 34b) als Kegelrollenlager zur Aufnahme von Radialkräften (F_rad) sowie von in beiden Richtungen wirkenden Axialkräften (+F_a, -F_a) ausgebildet sind.

5. Losradachse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teillager (34a und 34b) bezüglich der Neigung von Konusflächen ihrer Innen- und Außenringe (42; 44 und 40; 46) derart ausgelegt sind, daß alle Konusflächen sich ausgehend von der Rad- Innenseite in Richtung der Außenseite gesehen radial verjüngen.

6. Losradachse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teillager (34a und 34b) bezüglich der Neigung von Konusflächen ihrer Innen- und Außenringe (42; 44 und 40; 46) derart ausgelegt sind, daß alle Konusflächen sich ausgehend von der Rad- Innenseite in Richtung der Außenseite gesehen radial erweitern.

7. Losradachse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (16) in einer direkt auf der Außenseite des Tragschenkels (12) gebildeten Verbindungsebene (18) endet.

8. Losradachse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (16) eine Antriebs-Zwischenwelle (20) bildet und in der Verbindungsebene (18) über eine Kupp lung (22) mit einer Antriebswelle (24) eines außen auf der Fahrwerklängsseite angeordneten Antriebs (2) verbunden ist.

9. Losradachse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (16) eine Bremswelle bildet und in der Verbindungsebene (18) mit einer Bremseinrichtung ver bunden ist.

10. Losradachse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung als Scheibenbremse ausgeführt ist, wobei mit der Bremswelle eine Bremsscheibe (38) verbunden ist, die mit einem am Tragschenkel (12) ab gestützten Bremssattel zusammenwirkt.