DE2225162C3 - Getriebe mit veränderbarer Übersetzung, insbes, für elektrische Lokomotiven - Google Patents

Description

Der wirtschaftliche Drehzahlstellbereich von zum Antrieb elektrischer Maschinen bestimmter Elektromotoren, wie z. B. Einphasenwechselstromkommutatormo- ioren oder Mischstrommotoren, ist aus physikalischen Gründen beschränkt Ein zu großer Drehzahlstellbereich führt zu einer Verkleinerung der Zugkraft womit der Einsatzbereich der Lokomotiven auf bestimmte Zuggattungen, z. B. Fernschnellzuge oder normale Schnellzüge, beschränkt ist, während die gleiche Lokomotive beim Betrieb als Güterzuglokomotive ihre maximale Leistung, die im oberen Drehzahlbereich liegt, nicht ausnützen kann und im Verhältnis zum Lokomotivgewicht im unteren Drehzahlbereich eine zu geringe Zugkraft aufweist, womit üblicherweise Lokomotiven dauernd nur für ein bestimmtes Fahrprogramm einsetzbar sind.

Zur Vergrößerung des Einsatzbereiches elektrischer Lokomotiven hat man diese daher bereits mit umschaltbaren Getrieben ausgestattet. Bei der Getriebestufe für die niedrigere Höchstgeschwindigkeit erhalten diese dann eine höhere Zugkraft als bei der Getriebestufe für die große Geschwindigkeit, so daß diese Fahrzeuge sowohl als Schnellzuglokomotiven mit großer Höchstgeschwindigkeit als auch als Güterzuglokomotiven mit verkleinerter Höchstgeschwindigkeit und vergrößerter Zugkraft einsetzbar sind. Solche umschaltbarep Getriebe weisen jedoch einen erheblichen Raumbedarf auf. Der axiak Einbauraum ist nämlich zwischen den Radscheiben meist so beengt, daß es nur möglich ist, bei der durch die Motorleistung bedingten axialen Länge eine einstufiges Getriebe unterzubringen. Normalerweise finden daher bei elektrischen Lokomotiven mit Einzelachsantrieb einstufige Stirnradgetriebe Verwendung. Soll bei einem einstufigen Getriebe das Übersetzungsverhältnis geändert werden, also nicht ein schaltbares Getriebe angewandt werden, so müssen bei gleicher Zentrale der Ritzel- und der Großraddurchmesser gleichzeitig geändert werden,

d. h., es müssen sowohl das Ritzel als auch das Großrad ausgewechselt werden, was natürlich einen sehr erheblichen Arbeitsaufwand bedeutet.

Das bekannte (DT-PS 1 23 255) Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs mit einem Ritzel, einem Zwischenrad und einem Großrad, weist eine Vorrichtung auf, weiche es gestattet, die Wechselräder, welche zum Ein- und Ausrücken eines Getriebes an Werkzeugmaschinen dienen, auf einfache Weise in die zum Ein- und Ausrücken erforderlichen Stellungen zu bringen. Das Wechselrad ist dabei auf einem um den Leitspindelzapfen konzentrisch mit dem Großrad drehbaren geschlitzten Stelleisen verschraubt. Das Stelleisen ist mit einer geschlitzten Schiene gekoppelt, welche unter dem Einfluß eines mit Handgriff ausgerüsteten Exzenters steht, wobei bei Drehung des Exzenters die Schiene sich um die Exzentrizität des Exzenters verschiebt. Zur Anpassung an den Durchmesser des Zwischenrades wird einerseits die Achse des

Zwischenrades im Schlitz des Stelleisens und andererseits die Winkellage des Stelleisens durch Verstellen desselben in der geschlitzten Schiene verstellt Mit dieser Einrichtung lassen sich allerdings nur beschränkte Drehmomente übertragen.

Es ist weiterhin aus der DT-PS 8 56 251 ein Zahnradgetriebe mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis bekanntgeworden, bei welchem das Übersetzungsverhältnis zwischen der treibenden Welle und der getriebenen Welle durch Austausch des Großrades oder des Zwischenrades oder von beiden veränderbar ist Das Getriebe besteht aus Kleinrad, Zwischenrad und Großrad; dabei ist das Zwischenrad auf einer um eine feste Achse drehbaren in verschiedenen Drehlagen feststellbaren Kurbel gelagert Zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses wird das Zwischenrad oder das Großrad oder beide ausgewechselt und die erwähnte Kurbel nach Lösen der Befestigungsschrauben um ihre Längsachse um 180° gedreht, so daß die vorher nach unten gerichtete Kröpfung der Kurbel nach oben zeigt Der Hubzapfen der Kurbel ist dabei so gewählt, daß seine Mitte stets jeweils auf ein und demselben um die Mitte der Kleinradwelle geschlagenen Kreisbogen liegt Eine solche Getriebeanordnung benötigt aber in axialer Richtung merklich mehr Raum als ein normales Stirnradgetriebe, kann also nicht anstelle eines solchen im Bedarfsfalle eingebaut werden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, mit relativ geringem konstruktivem und zeitlichem Aufwand und geringem axialen Platzbedarf eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses bei Getrieben relativ großer Übertragungsleitung zu ermöglichen. Das Getriebe soll also nicht schaltbar sein.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im Hauptanspruch gekennzeichneten Merkmale. Die Rasteinrichtung dient dabei nicht zur Aufnahme der bei der Kraftübertragung auftretenden Momente, sondern lediglich zur Positionierung der Zwischenachse in der richtigen Lage. Nach der Positionierung erfolgt eine Verspannunf der Achse des Zwischenrades gegenüber dem Gehäuse, und zwar mit einer solchen Kraft, daß unter der Wirkung der bei der Kraftübertragung auftretenden Kräfte keine Verschwenkung der Wippe stattfinden kann. Ein solches Getriebe läßt sich in dem Raum, welcher bei Lokomotiven für die Aufnahme eines normalen Stirnradgetriebes vorgesehen ist, unterbringen. Es ist damit möglich, durch Auswechselung des vorhandenen Getriebes von Lokomotiven, deren Verwendungsbereich durch nachträglichen Einbau eines Getriebes nach der Erfindung für eine universelle Verwendbarkeit umzustellen. Bei den zur Verfügung stehenden kleinen Federwegen und den großen erforderlichen Kräften finden in vorteilhafter Weise als Federn Tellerfedern Verwendung.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind aus den Merkmalen der Unteransprüche zu entnehmen.

Die Erfindung ist anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Getriebes,

Fig.2 einen Schnitt durch die Darstellung nach F i g. 1 längs der Linie A-B,

Fig.3 einen Schnitt längs der Linie A-B durch das Getriebegehäuse mit längs den Schlitzen verlaufenden Nuten,

F i g. 4 einen Schnitt durch diese Nuten und

Fig.5 eine weitere Ausführungsform des Getriebes mit in einer Hohlwelle anrpordneter Andrückfeder.

In den Zeichnungen ist mit 1 das Großrad, mit 11 die zugehörigen Lager und mit 12 die Großradwelle bezeichnet 2 ist das Zwischenrad und 21 ist die Zwischenradachse, an deren Stirnseiten Scheiben 22 bzw. 23 mit dieser fest verbunden sind. Die Scheiben 22 bzw. 23 sind über Tellerfedern 24 und die Zwischenradachse fest an die Seitenfläche des Getriebegehäuses 5 angepreßt Die Tellerfedern 24 sind in einem Federgehäuse 25 angeordnet, das sich gegen das Getriebegehäuse 5 abstützt

ίο Die Scheibe 22 ist im Ausführungsbeispiel mittels einer Schraube 29 an der Zwischenradachse 21 befestigt Die Zwischenradwelle 21 ist weiterhin in zentralen Wippen 4 gelagert, die um die Großradwelle 12 bzw. deren Lagern U schwenkbar angeordnet sind, so daß der Abstand der Zwischenradachse 21 von der Großradwelle jeweils gleich ist Die zentralen Wippen 4 weisen an ihrer dem Großrad zugewandten Seite eine Verzahnung 41 auf, in die ein einer Rastung dienender Rasthebel 42 mit seiner Nase eingreift

Das Federgehäuse 25 besteht aus e^: -,em scheibenförmigen Außenteil, das in ein zylindrisches Teil eingeschraubt ist, welches mit seiner Stirnseite an der einen Seitenfläche des Gegenlagers 51 des Getriebegehäuses 5 anliegt In der Zeichnung F i g. 1 ist diese Unterteilung nicht dargestellt Im Außenteil des Federgehäuses 25 ist ein konzentrisch zur Welle angeordneter ringförmiger Hohlraum 27 vorgesehen, in dem ein Ringkolben 26 axial beweglich unter der Kraft eines Druckmittels in Richtung auf das Gehäuse hin verschiebbar ist wobei das Druckmittel durch einen Druckmittelanschluß 28 in den Hohlraum 27 befördert wird. Hierdurch wird die Tellerfeder 24 zusammengedrückt und die Verspannung der Zwischenradachse mit dem Getriebegehäuse aufgehoben. Eine Verschiebung der Wippe 4 ist dann in eine andere Lage der Zwischenradachse 21 zur Ritzelwelle 31 möglich und es kann ein Ritzel mit einem anderen Durchmesser auf die Ritzelwelle aufgesetzt werden.

Zur Aufnahme der bei der Übertragung eines Drehmomentes auftretenden Kräfte der Zahnräder ist die /.wischenradachse 21 durch die Federn 24, die zwischen der Scheibe 22 und dem Getriebegehäuse 5 verspannt sind, festgehalten. Durch die Federn 24 wird eine Kraft ausgeübt, durch die die Wippen 4, die Innenringe der Lager 201 des Zwischenrades 2 und die zwischen diesen angeordnete Hülse 202 fest zusammengepreßt werden, womit eine Reibungskraft zwischen der Scheibe 22 bzw. 23 und dem Getriebegehäuse 5 erzeugt wird, die größer ist als die größte Reaktionskraft, die sich bei der Kraftübertragung durch die Zahnräder ergeben kann.

Bei der in F i g. 5 dargestellten Schnittzeichnung durch das Getriebe ist die Feder 24 in der hohl ausgebildeten Zwischenradachse 21 untergebracht Anstelle des Federgehäuses stützt sich bei dieser AusfUhrungsform ein hohlzylindrischer Körper 251 gegen die eine Seitenfläche des Gegenlagers 51 ab. Der hohlzylindrische Körper 251 ist an seiner Innenfläche mit einem Gewr.de versehen, in das ein mit Außengewinde versehener zylindrischer Körper 252 eingeschraubt ist, der ebenso wie das Federgehäuse 25 nach F i g. 2 einen ringförmigen Hohlraum 27 aufweist, in dem ein Ringkolben 26 durch ein über ein Druckmittelanschluß 28 zuführbares Druckmittel axial beweglich angeordnet hl.

Die Zwischenradachse 21, die, wie schon gesagt als einseitig offener zylindrischer Hohlkörper ausgebildet ist, trägt, wie bei dem Getriebe nach Fig. 2, die Lager

201 und die Hülse 202 und ist an ihrem einen Ende mit einer Scheibe 23 fest verbunden, die sich gegen die eine Seitenfläche des einen Lagers des Getriebegehäuses 5 abstützt. An der offenen Seite der Zwischenradachse 21 ist ein Ring 211 eingeschraubt, gegen den sich eine Scheibe 212 anlegt. Weiter ist in axialer Richtung in der Mitte des Hohlraumes der Zwischenradachse 21 ein Bolzen 213 angeordnet, an dessen einem Ende ein Bund 214 vorgesehen ist, während des andere Ende des Bolzens 213 mit Gewinde versehen und in eine _t0 Gewindebohrung des zylindrischen Körpers 252 eingeschraubt ist.

Zwischen dem Bund 214 des Bolzens 213 und der Scheibe 212 sind die Federn 24 eingespannt. Sie bestehen hier aus einer größeren Anzahl von Tellerfedern, die es gestatten, bei geringem Hub eine relativ große Kraft auszuüben.

Die Spannung der Federn 24 erfolgt durch Betätigung Hex hydraulischen Ringkolbens 26. der über ein im Querschnitt L-förmiges Zwischenteil 215 auf die Scheibe 212 drückt, und so die Federn 24 zusammenpreßt. Die Federspannung wird dann unter gleichzeitigem Hereinschrauben des zylindrischen Körpers 252 in den hohlzylindrischen Körper 251 und Druckentlastung aufrechterhalten. Nach Abbau des Druckes im Hohlraum 27 des zylindrischen Körpers 252 drückt die Feder 24 einerseits über die Scheibe 212, den Ring 211, die Zwischenradachse 21 und die Scheiben 2i von der einen Seite auf das Seitenteil des Lagers des Getriebegehäuses 5 und andererseits über den Bolzen 213, den zylindrischen Körper 252 und den hohlzylindrischen Körper 251 auf das Gegenlager 51 des Getriebegehäuses 5, womit das Getriebegehäuse über die Lager 201, die Hülse 202, das Lager 201 sowie die beiden Wippen 4 so fest aufeinander gepreßt werden, daß die bei einer Drehmomentübertragung auftretenden Kräfte eine Schwenkbewegung der Zwischenradachse 21 verhindern.

In der Zeichnung Fig. 1 ist strichpunktiert ein Ritzel mit größerem Durchmesser 3' dargestellt. Weiter ist mit 2' in der gleichen Zeichnung das Zwischenzahnrad in der zugehörigen Stellung angedeutet.

Zur Umstellung des Getriebes auf eine andere Übersetzung sind als erstes die Zähne von Zwischenrad 2 und Motorritzel 3 außer Eingriff zu bringen. Hierzu ist es notwendig, zuerst die Verspannung der Zwischenradachse 21 zu lösen. Dies geschieht durch die Verbindung des Dru^kölanschlusses 28 am Federgehäuse 25 mit einem Druckölerzeuger. Durch den Druck wird der Kolben 26 nach innen gedrückt und die Feder 24 zusammengepreßt, wodurch die Anpressung der Scheibe 22 bzw. des Federgehäuses 25 an das Getriebegehäu se 5 aufgehoben wird. Nach Lösung des Rasthebels 42 kann die Wippe 4 angehoben werden und auf die oben beschriebene Weise das Ritzel 3 abgezogen und durch ein anderes mit verändertem Durchmesser ersetzt werden. Anschließend wird die Wippe so lange geschwenkt, bis die Zähne der Zahnräder im Eingriff sind, was durch Einrasten des Rasthebels 42 angezeigt wird. Durch Ablassen des Drucköles wird die Kraft der Federn 24 wirksam und die Verspannung der Zwischen radachse 21 tritt ein.

Im Getriebegehäuse 5 müssen zur Führung der Zwischenradachse Schlitze 54, deren Längsachse auf einem Kreis zur Großradachse liegt, vorgesehen sein Diese Schlitze 54 werden durch die Scheiben 23 bzw. das Federgehäuse 25 überdeckende Dichtungen gegen das Auslaufen von öl abgedichtet. Bei der im Ausführungsbeispiel dargestellten Getriebeanordnung ist das Ge genlager 51 für das Federgehäuse 25 nur durch Speichen mit de/n Getriebegehäuse 5 verbunden und als Verbindungsteile zwischen dem Getriebegehäuse 5 und dem Gegenlager 51 des Federgehäuses 25 sind elastische Abdeckscheiben 52 vorgesehen.

In der in F i g. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform sind im Getriebegehäuse unter der Auflagefläche der zweiten Scheibe 23 sowie unter der Auflagefläche de Federgehäuses 25 Nuten 53 von trapezförmigem Querschnitt eingefräst. Sie verlaufen auf einem Kreisbo gen, dessen Zentrum die Achse der Großradwelle ist. In diese Nuten 53 greifen ebenso gestaltete Rippen 231 bzw. 251 an der dem Gehäuse zugewandten Seite dei Scheibe 23 bzw. des Federgehäuses 25 ein. Die Reibung zwischen den sich berührenden Teilen wird hierdurch ir erheblichem Maße vergrößert, so daß die Anpreßkraf durch die Feder 24 im gleichen Maße herabgesetz werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 Patentansprüche:

1. Getriebe mit veränderbarer Übersetzung, insbesondere für elektrische Lokomotiven, mit einem Ritzel, einem Großrad und einem auf einer Achse drehbar gelagerten Zwischenrad, von denen eins als Wechselrad angeordnet ist und weiche jeweils in einem Getriebegehäuse gelagert sind, wobei diese Achse in einer um die Achse des Großrades schwenkbaren, mittels einer Rasteinrichtung verrastbaren Wippe befestigt ist, mit einer Führungsvorrichtung, welche an beiden Längsseiten Schlitze aufweist, in welchen die Achse des Zwischenrades geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ritzel (3) als Wechselrad (3 oder 3') ausgebildet ist, daß die Führungsvorrichtung (53) Bestandteil des Getriebegehäuses (5) ist und daß zur Fixierung der Zwischenradachse (21) des Zwischenrades diese zusammen mit dem an dieser Stelle in ihre; Richtung elastischen Getriebegehäuse (5), den Wippen (4), den !.agem (20!) des Zwischenrades (2) und einer zwischen den beiden Lagern (201) angeordneten Hülse (202) mittels Federn (24) axial verspannbar ist.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (24) sich einerseits gegen eine an der einen Stirnseite des Wellenendes der Zwischenradachse (21) angebrachte Scheibe (22 bzw. 212) und andererseits gegen das Getriebegehäuse (5) abstützen und daß das zweite Wellenende der Zwischenradwelle (21) eine weitere Scheibe (23) aufweist, durch die sich die Zwischenradachse (21) auf der anderen Seite des Getriebegehäuses (5) abstützt

3. Getriebe nach Anspruch . oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Federn (24) Tellerfedern dienen.

4. Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tellerfedern in einem besonderen Federgehäuse (25) gelagert sind, das an der dem einen Wellenende gegenüberliegenden Stirnseite einen ringförmigen Hohlraum (27) aufweist, in dem ein ringförmiger Kolben (26) angeordnet ist, der mittels hydraulischer Kraft gegen die an die einen Enden der Zwischenradachse (21) befestigte zweite Scheibe (23) anpreßbar ist.

5. Getriebe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Getriebegehäuse unter der Auflagefläche der zweiten Scheibe (23) sowie unter der Auflagefläche des Federgehäuses (25) konzentrisch zur Achse des Großrades (1) verlaufende Nuten von trapezförmigem Querschnitt eingebracht sind, in die im Querschnitt ebenfalls trapezförmige Rippen der zweiten Scheibe (23) bzw. des Federgehäuses (25) eingreifen.

6. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (24) innerhalb der als einseitig offene Hohlwelle ausgebildeten Zwischenradachse (21) angeordnet sind und sich einerseits gegen eine Scheibe (212) abstützen, die axial beweglich gegen einen in dem offenen Ende der Zwischenradachse (21) befestigten Ring (211) anliegt, und sich andererseits gegen einen Bund (214) eines in axialer Richtung verstellbaren Bolzens (213) abstützen.

7. Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (213) in einen zylindrischen Körper (252) eingeschraubt ist, der wiederum in einem hohlzylindrischen Körper (251) befestigt ist und daß fernerhin der zylindrische Körper (252) an seiner der Zwischenradwelle (21) zugekehrten Seite einen ringförmigen Hohlraum (27) aufweist, in dem ein ringförmiger Kolben (26) angeordnet ist, der mittels hydraulischer Kraft gegen ein im Querschnitt L-förmiges Zwischenteil (215) anpreßbar ist