EP1396410A1 - Zweiachsiges Antriebsaggregat für Schienenfahrzeuge - Google Patents

Zweiachsiges Antriebsaggregat für Schienenfahrzeuge Download PDF

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EP1396410A1
EP1396410A1 EP03019822A EP03019822A EP1396410A1 EP 1396410 A1 EP1396410 A1 EP 1396410A1 EP 03019822 A EP03019822 A EP 03019822A EP 03019822 A EP03019822 A EP 03019822A EP 1396410 A1 EP1396410 A1 EP 1396410A1
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axle
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joint
drive
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Richard Strehler
Max Bartl
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F3/00—Types of bogies
    • B61F3/02—Types of bogies with more than one axle
    • B61F3/04—Types of bogies with more than one axle with driven axles or wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C9/00—Locomotives or motor railcars characterised by the type of transmission system used; Transmission systems specially adapted for locomotives or motor railcars

Definitions

  • the invention relates to a two-axis drive unit for a bogie of a rail vehicle according to the Preamble of claim 1.
  • DE-A 32 32 939 a further type of Known as a pendulum, which is not on the bogie, but on the body of the Rail vehicle is attached.
  • each axle has its own axle drive and one own drive via one cardan shaft each; the two Drives are therefore connected in parallel.
  • a torque arm is attached to the supports pendulum arranged between the two axes.
  • the torque supports also Transfer traction from the axles to the body.
  • the two are Axially strained, d. H. they have a common Drive on, the first axle drive via a cardan shaft and also via an intermediate cardan shaft drives the second axle gear. Both axle drives are thus connected in series in terms of drive and via wheels and braced against each other. This results in also opposite reaction moments of the axle gear what has an advantageous effect because the two opposite moments via the common torque arm compensate. There is no mutual tension of the two gears.
  • the torque arm consists of two parallel to each other arranged handlebars - symmetrical to the one in the middle Cardan shaft - the ends of the handlebars are direct connected to the final drives.
  • the handlebars are designed as triangular links, d. H. they have a single joint at one end and at the other end a double or double joint on, over which they are connected to the gearbox.
  • Double joint acts as a pair of forces, which is the reaction moment picks up and over the handlebars and at the other end arranged single joint supports on the other axis.
  • the handlebars arranged in the opposite direction, d. H. on everyone Axle gear is a double joint of one and one Single joint of the other handlebar arranged. This gives there is even support for the reaction torque also when changing direction, d. H. Change of direction the reaction moment.
  • the two are Articulation points of the double joint vertically one above the other arranged.
  • the handlebars can be one Follow the swiveling of the axes.
  • the two pivot points of the double joint as far apart as possible lie. This will attack those in the joints Forces to absorb the reaction moment reduced.
  • the joints are designed as elastomer joints, d. H. on the one hand they are damping and on the other hand they are sufficient agile and compliant. It is also advantageous if the Joints of the double joint as spherical elastomer joints are trained to the pivoting movement already mentioned to allow the handlebar.
  • the single joint has different in the direction of travel and across the direction of travel Spring stiffness on: in the direction of travel the spring stiffness is relatively low, d. H. the joint is soft while it's a relative in the direction of the wheel axles has high spring stiffness, d. H. is hard trained. This can be done through appropriate training and metallic Inserts in the elastomer joint are made possible.
  • the Distance between the single joint and the wheel axle if possible be small. This has the advantage of being stressed of the single joint is reduced and the reaction moment is supported as directly as possible on the axis.
  • Fig. 1 shows a two-axis drive unit 1 for a bogie, not shown, of a rail vehicle, in particular a diesel engine Rail vehicle.
  • the unit 1 has two axes 2, 3 on each of which an axle drive 4, 5 is mounted is.
  • the axle drive 5 or the axis 3 is a first propeller shaft 6 (drive shaft) driven.
  • Between the axle drives 3, 4 is for driving the axle drive 4 another cardan shaft 7 (intermediate shaft) arranged, which a part of the drive power of the drive shaft 6 transmits the axle drive 4 and thus drives the axle 2.
  • At the ends of axes 2 and 3 there are non-rotatable drive wheels 8, 9 arranged, the tensile force on a Transfer rail 10.
  • the drive unit 1 is thus due to the two drives connected in series longitudinally clamped via the intermediate shaft 7 and the rail 10.
  • the driver 12 is designed as a so-called wishbone, d. H. it has three articulation points 14, 15, 16, which as Joints are formed.
  • the handlebar 12 thus engages an end designed as a fork 12a, 12b over the joints 14, 15 (double joint) on the axle gear 4 and with his other end 12c via the single joint 16 on the axle drive 5 on.
  • the two joints 14, 15 are perpendicular in a distance a (i.e. perpendicular to the rail 10) above one another arranged.
  • the distance of the joint 16 from the center line axis 3 is marked with b.
  • the handlebar 13 has the same structure as a wishbone as the handlebar 12, but it is like in the opposite direction the handlebar 12 is arranged and fixed, d. H. he is opposite the handlebar 12 rotated 180 degrees about its vertical axis y.
  • the double joint 14 ', 15' of the handlebar 13 is thus on the axle drive 5 and the single joint 16 'is on the axle drive 4 arranged. All joints 14, 15, 16 and 14 ', 15' and 16 'are preferably designed as elastomer joints and thus have a limited operating conditions adapted mobility and elasticity.
  • the two Double joints 14, 15 and 14 ', 15' are preferably as spherical elastomeric joints designed so that pivoting the handlebar 12 by a perpendicular through the two Joints 14, 15 extending axis g is possible.
  • An analog one Swiveling applies to the handlebar 13.
  • the spring stiffness of the individual joint 16 or 16 ' is lower in the direction of travel X than transverse to the direction of travel, d. H. towards Z (see Fig. 1b). Since axes 3, 4, z. B. when cornering, change their angular position to each other, the distance between the joints 14, 16 also changes - therefore the joint 16 is designed to be soft in the direction of travel X, d. H. it has a relatively large travel. In Transverse direction Z is the joint 16 and also the joint 16 ' relatively hard, d. H. trained with a short travel. You can achieve these different spring stiffnesses in directions perpendicular to each other through metallic, roof-shaped deposits, such as that in Fig. 1b for the joint 16 is indicated.
  • the function of the torque arm 11 is as follows: Due to the longitudinal bracing of the two axes 2, 3 result opposite reaction moments on the axle drives 4, 5.
  • the reaction torque of the axle drive 4 is in the two joints 14, 15 and added to the handlebar 12 initiated. It is based on the single joint 16 on Axle gear 5 or on axis 3. The same applies to the reaction torque of the axle drive 5 - it is based Via the handlebar 13 on the axle drive 4 or on the axle 2 from.
  • the distance a between the joints 14 and 15 (this also applies to the distance between the joints 14 ', 15') should, if possible be large, the smaller the forces for absorption the reaction moment in the joints 14, 15 or 14 ', 15'.
  • the distance b of the joint 16 from the center line the axis 3 should be as low as possible, the lower becomes the lever arm acting on the axle drive 5.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein zweiachsiges Antriebsaggregat (1) für ein Drehgestell eines Schienenfahrzeuges, wobei jeder der beiden Achsen (2, 3) ein über eine Drehmomentstütze abstützbares Achsgetriebe (4, 5) zugeordnet ist. Es wird vorgeschlagen, dass die beiden Achsgetriebe (4, 5) gegenseitig durch eine gemeinsame Drehmomentstütze (11) abgestützt sind. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein zweiachsiges Antriebsaggregat für ein Drehgestell eines Schienenfahrzeuges nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Antriebsaggregate für ein zweiachsiges Drehgestell eines Schienenfahrzeuges weisen für jede Achse ein eigenes Achsgetriebe auf, welches auf der Radachse befestigt ist, von einer Antriebswelle angetrieben wird und ein Abtriebsmoment auf die Radachse, d. h. die beiden Räder überträgt. Aus dem Abtriebsmoment resultiert ein Reaktionsmoment, welches abgestützt werden muss - dies geschieht durch eine Drehmomentstütze. Bekannt sind als Längslenker ausgebildete horizontale Drehmomentstützen, die am Achsgetriebegehäuse angebracht sind und das Reaktionsmoment aus dem Achsgetriebe in horizontaler Richtung am Drehgestell abstützen. Bei Drehgestellkonzepten mit in Fahrtrichtung elastischen Achsaufhängungen beeinflusst eine solche Drehmomentstütze das Eigenlenkverhalten der Achse negativ. Bekannt sind ferner so genannte vertikale Drehmomentstützen, die als starr am Getriebegehäuse befestigter Hebelarm ausgebildet sind, wobei sich dieser Hebelarm über einen vertikal angeordneten Lenker am Drehgestell abstützt. Diese Art der Drehmomentabstützung beeinflusst das Eigenlenkverhalten der Achsen nicht; nachteilig ist dagegen, dass das Getriebegehäuse beim Einfedern des Drehgestells relativ zur Achse verdreht wird. Dies verursacht zum Teil erhebliche Drehmomentstöße.
Durch die DE-A 32 32 939 wurde eine weitere Art der Drehmomentabstützung über ein so genanntes Pendel bekannt, welches nicht am Drehgestell, sondern am Wagenkasten des Schienenfahrzeuges befestigt ist. Bei diesem Antriebsaggregat weist jede Achse ein eigenes Achsgetriebe und einen eigenen Antrieb über je eine Kardanwelle auf; die beiden Antriebe sind somit parallel geschaltet. An jedem Achsgetriebe ist eine Drehmomentstütze befestigt, die sich an dem zwischen den beiden Achsen angeordneten Pendel abstützt. Darüber hinaus wird über diese Drehmomentstützen auch die Zugkraft von den Achsen auf den Wagenkasten übertragen. Auch bei dieser Bauweise tritt beim Einfedern eine Verspannung infolge einer Verdrehung der Getriebegehäuse relativ zur Achse auf.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für ein Antriebesaggregat der eingangs genannten Art eine verbesserte Drehmomentabstützung vorzuschlagen, die insbesondere das Eigenlenkverhalten der Achsen wenig beeinflusst und beim Einfedern des Drehgestells kein Verdrehen der Getriebegehäuse relativ zu den Achsen hervorruft.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruches 1. Demnach werden die beiden Achsgetriebegehäuse direkt durch eine Drehmomentstütze miteinander verbunden, sodass sich beide Achsgetriebe gegeneinander abstützen. Vorteilhaft hierbei ist, dass keine Anlenkvorrichtung zum Drehgestell vorhanden ist und dass demzufolge beim Einfedern des Drehgestells kein relatives Verdrehen der Achsgetriebegehäuse zur Achse erfolgt und damit auch keine zusätzlichen Verspannmomente auftreten. Schließlich ist von Vorteil, dass das Eigenlenkverhalten nicht beeinflusst wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung, sind die beiden Achsen längsverspannt, d. h. sie weisen einen gemeinsamen Antrieb auf, der über eine Kardanwelle das erste Achsgetriebe und über eine zwischengeschaltete Kardanwelle auch das zweite Achsgetriebe antreibt. Beide Achsgetriebe sind somit antriebsmäßig hintereinander geschaltet und über Räder und Schiene gegeneinander verspannt. Damit ergeben sich auch gegensinnige Reaktionsmomente der Achsgetriebe, was sich insofern vorteilhaft auswirkt, weil sich die beiden gegensinnigen Momente über die gemeinsame Drehmomentstütze kompensieren. Damit tritt keine gegenseitige Verspannung der beiden Getriebe auf.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die Drehmomentstütze aus zwei parallel zueinander angeordneten Lenkern - symmetrisch zu der mittig angeordneten Kardanwelle - die Lenker sind mit ihren Enden direkt mit den Achsgetrieben verbunden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Lenker sind die Lenker als Dreieckslenker ausgebildet, d. h. sie weisen an einem Ende ein Einzelgelenk und am anderen Ende ein zweifaches bzw. Doppelgelenk auf, über welche sie mit den Getriebegehäusen verbunden sind. In dem Doppelgelenk wirkt ein Kräftepaar, welches das Reaktionsmoment aufnimmt und über den Lenker und das am anderen Ende angeordnete Einzelgelenk an der anderen Achse abstützt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Lenker in entgegengesetzter Richtung angeordnet, d. h. an jedem Achsgetriebe ist ein Doppelgelenk des einen und ein Einzelgegelenk des anderen Lenkers angeordnet. Dadurch ergibt sich eine gleichmäßige Abstützung des Reaktionsmomentes auch bei Fahrtrichtungswechsel, d. h. Drehrichtungswechsel des Reaktionsmomentes.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Anlenkpunkte des Doppelgelenkes senkrecht übereinander angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Lenker um diese senkrechte Achse durch das Doppelgelenk bei Schiefstellung der Achsen schwenken können. Die Lenker können somit einem Schwenken der Achsen folgen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sollen die beiden Anlenkpunkte des Doppelgelenks möglichst weit auseinander liegen. Dadurch werden die in den Gelenken angreifenden Kräfte zur Aufnahme des Reaktionsmomentes reduziert.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Gelenke als Elastomergelenke ausgebildet, d. h. sie sind einerseits dämpfend und andererseits hinreichend beweglich und nachgiebig. Vorteilhaft ist auch, wenn die Gelenke des Doppelgelenks als sphärische Elastomergelenke ausgebildet sind, um die bereits erwähnte Schwenkbewegung der Lenker zu ermöglichen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Einzelgelenk in Fahrtrichtung und quer zur Fahrtrichtung unterschiedliche Federsteifigkeiten auf: in Fahrtrichtung ist die Federsteifigkeit relativ gering, d. h. das Gelenk ist weich, während es in Richtung der Radachsen eine relativ hohe Federsteifigkeit aufweist, d. h. hart ausgebildet ist. Dies kann durch entsprechende Ausbildung und metallische Einlagen im Elastomergelenk ermöglicht werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung soll der Abstand zwischen dem Einzelgelenk und der Radachse möglichst gering sein. Dies hat den Vorteil, dass die Beanspruchung des Einzelgelenks herabgesetzt wird und das Reaktionsmoment möglichst direkt an der Achse abgestützt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1
eine Seitenansicht eines zweiachsigen Antriebsaggregats mit Drehmomentstütze,
Fig. 1a
eine Draufsicht auf das Antriebsaggregat gemäß Fig. 1 und
Fig. 1b
eine Seitenansicht des Antriebsaggregates gemäß Fig. 1.
Fig. 1 zeigt ein zweiachsiges Antriebsaggregat 1 für ein nicht dargestelltes Drehgestell eines Schienenfahrzeuges, insbesondere eines dieselmotorisch angetriebenen Schienenfahrzeuges. Das Aggregat 1 weist zwei Achsen 2, 3 auf, auf welchen jeweils ein Achsgetriebe 4, 5 montiert ist. Das Achsgetriebe 5 bzw. die Achse 3 wird über eine erste Kardanwelle 6 (Antriebswelle) angetrieben. Zwischen den Achsgetrieben 3, 4 ist zum Antrieb des Achsgetriebes 4 eine weitere Kardanwelle 7 (Zwischenwelle) angeordnet, welche einen Teil der Antriebsleistung der Antriebswelle 6 auf das Achsgetriebe 4 überträgt und damit die Achse 2 antreibt. An den Enden der Achsen 2 und 3 sind drehfest Antriebsräder 8, 9 angeordnet, die die Zugkraft auf eine Schiene 10 übertragen. Das Antriebsaggregat 1 ist somit infolge der beiden hintereinander geschalteten Antriebe über die Zwischenwelle 7 und die Schiene 10 längsverspannt. Zwischen den beiden Achsgetrieben 4, 5 ist eine Drehmomentstütze 11 angeordnet, die aus zwei parallel zueinander angeordneten Lenkern 12, 13 (vgl. Fig. 1a) besteht. Der Lenker 12 ist als so genannter Dreieckslenker ausgebildet, d. h. er weist drei Anlenkpunkte 14, 15, 16 auf, die als Gelenke ausgebildet sind. Der Lenker 12 greift somit mit einem als Gabel 12a, 12b ausgebildeten Ende über die Gelenke 14, 15 (Doppelgelenk) an dem Achsgetriebe 4 und mit seinem anderen Ende 12c über das Einzelgelenk 16 an dem Achsgetriebe 5 an. Die beiden Gelenke 14, 15 sind senkrecht in einem Abstand a (d. h. senkrecht zur Schiene 10) über einander angeordnet. Der Abstand des Gelenkes 16 von der Mittelinie der Achse 3 ist mit b gekennzeichnet. Der Lenker 13 weist denselben Aufbau als Dreieckslenker auf wie der Lenker 12, allerdings ist er in entgegengesetzter Richtung wie der Lenker 12 angeordnet und befestigt, d. h. er ist gegenüber dem Lenker 12 um 180 Grad um dessen Hochachse y gedreht. Das Doppelgelenk 14', 15' des Lenkers 13 ist somit am Achsgetriebe 5 und das Einzelgelenk 16' ist am Achsgetriebe 4 angeordnet. Alle Gelenke 14, 15, 16 sowie 14', 15' und 16' sind vorzugsweise als Elastomergelenke ausgebildet und weisen somit eine begrenzte, den Betriebbedingungen angepasste Beweglichkeit und Elastizität auf. Die beiden Doppelgelenke 14, 15 und 14', 15' sind vorzugsweise als sphärische Elastomergelenke ausgebildet, sodass ein Verschwenken des Lenkers 12 um eine senkrecht durch die beiden Gelenke 14, 15 verlaufende Achse g möglich ist. Ein analoges Verschwenken gilt für den Lenker 13.
Die Federsteifigkeit des Einzelgelenkes 16 bzw. 16' ist in Fahrtrichtung X geringer als quer zur Fahrtrichtung, d. h. in Richtung Z (vgl. Fig. 1b). Da die Achsen 3, 4, z. B. bei Kurvenfahrt, ihre Winkellage zueinander verändern, ändert sich auch der Abstand der Gelenke 14, 16 - daher ist das Gelenk 16 in Fahrtrichtung X weich ausgebildet, d. h. es besitzt einen relativ großen Federweg. In Querrichtung Z ist das Gelenk 16 und ebenso das Gelenk 16' relativ hart, d. h. mit einem kurzen Federweg ausgebildet. Man erreicht diese unterschiedlichen Federsteifigkeiten in senkrecht zueinander verlaufende Richtungen durch metallische, dachförmig ausgebildete Einlagen, wie das in Fig. 1b für das Gelenk 16 angedeutet ist.
Die Funktion der Drehmomentstütze 11 ist die Folgende: Aufgrund der Längsverspannung der beiden Achsen 2, 3 ergeben sich gegensinnige Reaktionsmomente an den Achsgetrieben 4, 5. Das Reaktionsmoment des Achsgetriebes 4 wird in den beiden Gelenken 14, 15 aufgenommen und in den Lenker 12 eingeleitet. Es stützt sich über das Einzelgelenk 16 am Achsgetriebe 5 bzw. an der Achse 3 ab. Analoges gilt für das Reaktionsmoment des Achsgetriebes 5 - es stützt sich über den Lenker 13 am Achsgetriebe 4 bzw. an der Achse 2 ab. Der Abstand a zwischen den Gelenken 14 und 15 (dies gilt auch für den Abstand der Gelenke 14', 15') soll möglichst groß sein, umso kleiner werden die Kräfte zur Aufnahme des Reaktionsmomentes in den Gelenken 14, 15 bzw. 14', 15'. Der Abstand b des Gelenkes 16 von der Mittelinie der Achse 3 soll möglichst gering sein, umso geringer wird der auf das Achsgetriebe 5 wirkende Hebelarm.
Bezugszeichen
1
Antriebsaggregat
2
Achse
3
Achse
4
Achsgetriebe
5
Achsgetriebe
6
Antriebswelle
7
Zwischenwelle
8
Antriebsrad
9
Antriebsrad
10
Schiene
11
Drehmomentstütze
12
Lenker
13
Lenker
14
Gelenk (Doppelgelenk)
15
Gelenk (Doppelgelenk)
16
Gelenk (Einzelgelenk)

Claims (11)

  1. Zweiachsiges Antriebsaggregat (1) für ein Drehgestell eines Schienenfahrzeuges, wobei jeder der beiden Achsen (2, 3) ein über eine Drehmomentstütze abstützbares Achsegetriebe (4, 5) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Achsgetriebe (4, 5) gegenseitig durch eine gemeinsame Drehmomentstütze (11) abgestützt sind.
  2. Antriebsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Achsen (2, 3) einen gemeinsamen Antrieb (6) aufweisen und die Achsgetriebe (4, 5) über eine Zwischenwelle (7) längsverspannt sind.
  3. Antriebsaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentstütze (11) aus zwei parallel zueinander angeordneten Lenkern (12, 13) besteht, die mit den Achsgetrieben (4, 5) verbunden sind.
  4. Antriebsaggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenker als Dreieckslenker (12, 13) mit je drei Anlenkpunkten (14, 15, 16) ausgebildet und über ein Einzelgelenk (16) an dem einen (5) und über ein Doppelgelenk (14, 15) an dem anderen Achsgetriebe (4) angelenkt sind.
  5. Antriebsaggregat nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenker (12, 13), in Fahrtrichtung X gesehen, in entgegengesetzter Richtung zueinander angeordnet sind.
  6. Antriebsaggregat nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Anlenkpunkte des Doppelgelenkes (14, 15) an einem Achsgetriebe (4) senkrecht übereinander angeordnet sind.
  7. Antriebsaggregat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden übereinander angeordneten Anlenkpunkte (14, 15) einen möglichst großen Abstand a aufweisen.
  8. Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlenkpunkte (14, 15, 16; 14', 15', 16') als Elastomergelenke ausgebildet sind.
  9. Antriebsaggregat nach Anspruch 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlenkpunkte (14, 15) des Doppelgelenkes als sphärische Elastomergelenke ausgebildet sind.
  10. Antriebsaggregat nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Einzelgelenk (16), in Fahrtrichtung X gesehen, eine geringere Federsteifigkeit aufweist als quer zur Fahrtrichtung.
  11. Antriebsaggregat nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Einzelgelenk (16) einen möglichst geringen Abstand b zur Radachse (3) des Achsgetriebes (5) aufweist, an dem es befestigt ist.
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