DE19956976C2 - Losradachse für Schienenfahrzeuge - Google Patents
Losradachse für SchienenfahrzeugeInfo
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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 Frad sowie von in beiden axial ent
gegengesetzten Richtungen wirkenden Axialkräften +Fa und
-Fa 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 (10)
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 (Frad) sowie von in beiden Richtungen
wirkenden Axialkräften (+Fa, -Fa) 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.
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