EP3006298A1 - Hollow shaft coupling of a drive of a railway vehicle and method for their preparation - Google Patents
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- B61C9/38—Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion
- B61C9/44—Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion with hollow transmission shaft concentric with wheel axis
Definitions
- the present invention relates to a clutch hollow shaft, a drive of a rail vehicle according to the preamble of claim 1 or claim 10 and a method for their preparation according to the preamble of claim 7.
- a drive bogie for a rail vehicle which has two sets of wheels and a angeordenten between the wheelsets drive.
- the drive includes an electric motor for each wheelset a separate transmission is connected.
- the transmission transmits the driving forces to a handlebar coupling, which is connected to a wheel of the wheelset.
- This link coupling comprises a gearbox bearing for connection to the gearbox, a wheel bearing for mounting the driven wheel and a coupling hollow shaft provided between the gearbox mount and the wheel bearing.
- an axle of the wheelset is passed through the hollow link coupling, so that the drive of the wheel can be independent of the position of the axis.
- the present invention seeks to provide a coupling hollow shaft of the type mentioned, which has a low weight, is inexpensive to produce and even at low temperatures of, for example, -30 ° C and less can be used reliably.
- a coupling hollow shaft designed according to this technical teaching and a method carried out according to this technical teaching have the advantage that a coupling hollow shaft made of steel, in particular of austenitic stainless steel, preferably of S355, is about 30% -40% lighter than a comparable hollow coupling shaft made of cast iron. Considering that two or more such hollow coupling shafts are required at each railway drive, so there is a not insignificant weight savings.
- the production of the coupling hollow shaft in the flow-forming process (also called pressing or spinning) has the advantage that the cold work hardening of the steel achieves both a higher notched impact strength and a higher tensile strength of the material at low temperatures of up to -30 ° C.
- the equipped with a coupling hollow shaft according to the invention steering coupling is reliably used even at low temperatures, without any damage to be feared.
- a coupling hollow shaft made of steel in the flow-forming process is that the hollow shaft is cylindrical, while the known from the prior art cast-iron coupling hollow shaft are formed slightly conical because of better mold release after casting. As a result, the attacking forces can be transmitted evenly and the required space is less compared to a coupling hollow shaft made of cast iron.
- either the outer diameter of the wheel flange or the outer diameter of the gear flange is smaller than the outer diameter of the hollow shaft.
- either the inner diameter of the wheel flange or the inner diameter of the gear flange is smaller than the inner diameter of the hollow shaft.
- Fig. 1 is an example of a link coupling with a coupling hollow shaft according to the invention and attached thereto spherical bearings for connecting a gear or a wheel shown.
- the hollow coupling shaft comprises a hollow shaft 10 at one end of a wheel flange 12 and at its opposite end a gear flange 14 is formed, wherein both the wheel flange 12 and the transmission flange 14 each have a plurality of elastic spherical bearings 16 are mounted on which one closer here not illustrated gear or a not shown here in detail wheel can be attached.
- Such link couplings are preferably used in drive systems for rail vehicles, wherein a wheel axle, not shown here, is passed through the handlebar coupling.
- Figs. 2 and 2a show a preform 18 made of austenitic steel (EN 188), preferably steel S355, which comprises a wheel flange 12 and a transmission flange 14, as well as a pre-element 20.
- both the wheel flange 12, and the transmission flange 14 are finished, while the pre-element 20 performed about half as long is like the finished hollow shaft.
- This preform 18 is made as usual with pipes, wherein not shown contact surfaces of the wheel flange 12 and / or the gear flange 14 passge-nau in a conventional manner, in particular machined, machined.
- the pre-element 20 is cylindrical and is further processed in the flow-forming.
- the pre-element 20 is pressed apart so that the wall of the pre-element 20 is reduced to about half, with the length of the pre-element 20 approximately doubled.
- a finished hollow shaft 10 has emerged from the pre-element 20. It is understood that the hollow shaft 10 is cylindrical, as in particular Figs. 4 and 4a can be seen.
- the spinning rollers 28 are axially advanced along the Vorelemen-tes 20 and press the pre-element 20 in such a length that at the end of the flow-forming process, the hollow shaft 10 is about twice as long as the pre-element 20.
- the so elongated coupling hollow shaft can then without further post be installed in the drive of the rail vehicle.
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Abstract
Gegenstand der Erfindung ist eine Kupplungshohlwelle eines Antriebs eines Schienenfahrzeuges, umfassend einen Radflansch (12), einen Getriebeflansch (14) und eine zwischen dem Radflansch (12) und dem Getriebeflansch (14) angeordnete Hohlwelle (10). Eine Kupplungshohlwelle zu schaffen, welche ein geringes Eigengewicht aufweist, welche kostengünstig herstellbar ist und welche auch bei tiefen Temperaturen von -30°C und weniger noch zuverlässig einsetzbar ist, wird dadurch erreicht, dass die Hohlwelle (10) aus Stahl, insbesondere aus einem austhenitischem Stahl, gefertigt ist, wobei die Hohlwelle (10) im Drückwalzverfahren bearbeitet wurde.The invention relates to a coupling hollow shaft of a drive of a rail vehicle, comprising a wheel flange (12), a transmission flange (14) and a between the wheel flange (12) and the transmission flange (14) arranged hollow shaft (10). To create a coupling hollow shaft, which has a low weight, which is inexpensive to produce and which is still reliable even at low temperatures of -30 ° C and less, is achieved in that the hollow shaft (10) made of steel, in particular austenitic Steel, wherein the hollow shaft (10) was processed in the flow-forming process.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungshohlewelle eine Antriebs eines Schienenfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 oder des Anspruches 10 und ein Verfahren zu ihrer Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 7.The present invention relates to a clutch hollow shaft, a drive of a rail vehicle according to the preamble of claim 1 or claim 10 and a method for their preparation according to the preamble of claim 7.
Aus der
Diese aus der
Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kupplungshohlwelle der eingangs genannten Art zu schaffen, welche ein geringes Eigengewicht aufweist, kostengünstig herstellbar ist und auch bei tiefen Temperaturen von zum Beispiel -30°C und weniger noch zuverlässig einsetzbar ist.Based on this, the present invention seeks to provide a coupling hollow shaft of the type mentioned, which has a low weight, is inexpensive to produce and even at low temperatures of, for example, -30 ° C and less can be used reliably.
Als technische Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Kupplungshohlwelle mit den Merkmalen des Anspruches 1 oder 10 und ein Verfahren zur Herstellung einer Kupplungshohlwelle mit den Merkmalen des Anspruches 7 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Kupplungshohlwelle und dieses Verfahrens sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.As a technical solution to this problem, a coupling hollow shaft according to the invention with the features of
Eine nach dieser technischen Lehre ausgebildete Kupplungshohlwelle und ein nach dieser technischen Lehre ausgeführtes Verfahren haben den Vorteil, dass eine Kupplungshohlwelle aus Stahl, insbesondere aus nichtrostendem austenitischen Stahl, vorzugsweise aus S355, um ca. 30 % - 40 % leichter ist, als eine vergleichbare Kupplungshohlwelle aus Gusseisen. Bedenkt man, dass an jedem Eisenbahnantrieb zwei oder mehrere solcher Kupplungshohlwellen erforderlich sind, so entsteht eine hier nicht unerhebliche Gewichtsersparnis.A coupling hollow shaft designed according to this technical teaching and a method carried out according to this technical teaching have the advantage that a coupling hollow shaft made of steel, in particular of austenitic stainless steel, preferably of S355, is about 30% -40% lighter than a comparable hollow coupling shaft made of cast iron. Considering that two or more such hollow coupling shafts are required at each railway drive, so there is a not insignificant weight savings.
Die Fertigung der Kupplungshohlwelle im Drückwalzverfahren (auch Drücken oder Spinning genannt) hat den Vorteil, dass durch die Kaltverfestigung des Stahles sowohl eine höhere Kerbschlagzähikgkeit als auch eine höhere Zugfestigkeit des Materials bei tiefen Temperaturen von bis zu -30° C erreicht wird. Somit ist die mit einer erfindungsgemäßen Kupplungshohlwelle ausgestatte Lenkerkupplung auch bei tiefen Temperaturen zuverlässig einsetzbar, ohne dass Beschädigungen zu befürchten sind.The production of the coupling hollow shaft in the flow-forming process (also called pressing or spinning) has the advantage that the cold work hardening of the steel achieves both a higher notched impact strength and a higher tensile strength of the material at low temperatures of up to -30 ° C. Thus, the equipped with a coupling hollow shaft according to the invention steering coupling is reliably used even at low temperatures, without any damage to be feared.
Ein weiterer Vorteil einer aus Stahl im Drückwalzverfahren gefertigten Kupplungshohlwelle besteht darin, dass die Hohlwelle zylindrisch ausgeführt ist, während die aus dem Stand der Technik bekannte gusseiserne Kupplungshohlwelle wegen der besseren Entformbarkeit nach dem Gießen leich konisch ausgebildet sind. Hierdurch können die angreifenden Kräfte gleichmäßig übertragen werden und der erforderliche Platzbedarf wird geringer im Vergleich zu einer Kupplungshohlwelle aus Gusseisen.Another advantage of a coupling hollow shaft made of steel in the flow-forming process is that the hollow shaft is cylindrical, while the known from the prior art cast-iron coupling hollow shaft are formed slightly conical because of better mold release after casting. As a result, the attacking forces can be transmitted evenly and the required space is less compared to a coupling hollow shaft made of cast iron.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist entweder der Außendurchmesser des Radflansches oder der Außendurchmesser des Getriebeflansches kleiner als der Außendurchmesser der Hohlwelle. Dies hat den Vorteil, dass eine Vorform der Kupplungshohlwelle auf einen Dorn aufgespannt und dass das Drückwalzwerkzeug über den kleineren Radflansch bzw. den kleineren Getriebeflansch hinweg an die Außenseite der Hohlwelle herangeführt werden kann. Hierdurch werden Ansatzpunkte und damit unerwünschte Materialsprünge vermieden.In an advantageous development, either the outer diameter of the wheel flange or the outer diameter of the gear flange is smaller than the outer diameter of the hollow shaft. This has the advantage that a preform of the coupling hollow shaft clamped onto a mandrel and that the flow-forming tool can be brought over the smaller wheel flange or the smaller gear flange on the outside of the hollow shaft. As a result, starting points and thus unwanted material jumps are avoided.
In einer anderen, bevorzugten Weiterbildung ist entweder der Innendurchmesser des Radflansches oder der Innendurchmesser des Getriebeflansches kleiner als der Innendurchmesser der Hohlwelle. Dies hat den Vorteil, dass die Vorform auf einen Dorn aufgesetzt werden kann und im Bereich dieser Durchmesservergrößerung quasi einen Anschlag findet, sodass die Vorform während des Drückwalzverfahrens formschlüssig auf dem Dorn gehalten wird. Hierdurch wird ein Verrutschen der Vorform während des Drückwalzverfahrens zuverlässig vermieden.In another, preferred embodiment, either the inner diameter of the wheel flange or the inner diameter of the gear flange is smaller than the inner diameter of the hollow shaft. This has the advantage that the preform can be placed on a mandrel and virtually finds a stop in the region of this diameter increase, so that the preform is held in a form-fitting manner on the mandrel during the flow-forming process. As a result, slippage of the preform during the flow-forming process is reliably avoided.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Kupplungshohlwelle und des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der beigefügten Zeichnung und den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwendet werden. Die erwähnten Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine perspektivische Ansicht einer Lenkerkupplung mit einer erfindungsgemäßen Kupplungshohlwelle und daran angebrachten elastischen Sphärenlagern;
- Fig. 2
- eine geschnitten dargestellte Seitenansicht einer Vorform einer erfindungsgemäßen Kupplungshohlwelle gemäß
Fig. 1 ; - Fig. 2a
- eine Detailvergrößerung der Vorform der Kupplungshohlwelle gemäß
Fig. 2 , entsprechend Linie IIa inFig. 2 ; - Fig. 3
- eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens der Kupplungshohlwelle gemäß
Fig. 1 in einer geschnitten dargestellten Seitenansicht; - Fig. 4
- eine geschnitten dargestellte Seitenansicht der Kupplungshohlwelle gemäß
Fig. 1 ; - Fig. 4a
- eine Detailvergrößerung der Kupplungshohlwelle gemäß
Fig. 4 , entsprechend Linie IVa inFig. 4 .
- Fig. 1
- a perspective view of a link coupling with a coupling hollow shaft according to the invention and attached elastic spherical bearings;
- Fig. 2
- a sectional side view of a preform of a coupling hollow shaft according to the invention according to
Fig. 1 ; - Fig. 2a
- an enlarged detail of the preform of the coupling hollow shaft according to
Fig. 2 , according to line IIa inFig. 2 ; - Fig. 3
- a schematic representation of the manufacturing method according to the invention the coupling hollow shaft according to
Fig. 1 in a sectional side view; - Fig. 4
- a sectional side view of the coupling hollow shaft according to
Fig. 1 ; - Fig. 4a
- an enlarged detail of the coupling hollow shaft according to
Fig. 4 , according to line IVa inFig. 4 ,
In
Wie insbes.
Das Verfahren zum Verformen des Vorelementes 20 hin zur endgültigen Hohlwelle 10 wird nachfolgend detailliert beschrieben:
- Zunächst wird die vorbereitete Vorform 18 auf einen
Dorn 22 gezogen, wobei derDorn 22eine umlaufende Schulter 24 aufweist. Mit dieserSchulter 24kommt der Dorn 22 im Inneren der Vorform 18am Getriebeflansch 14 zur Anlage. Anschließend wird dieVorform 18 zusammenmit dem Dorn 22 inein Spannbackenfutter 26 eingespannt. Danach wird nahe amSpannbackenfutter 26 eine Drückwalzvorrichtung umfassend drei äquidistant angeordnete Drückwalzrollen 28 derart nah andie Vorform 18 herangefahren, dass der radiale Abstandvon den Drückwalzrollen 28 zur Innenseite der Vorform etwa der Wandstärke der endgültigen Hohlwelle 10 entspricht. Um ihre eigen Achse rotierend drücken dieDrückwalzrollen 28 auf die Wandung des Vorelementes 20, währenddas Spannbackenfutter 26 gegenläufig ebenfalls rotiert undden Dorn 22 und die gesamte Vorfom 18 beständig dreht.
- First, the
prepared preform 18 is pulled onto amandrel 22, themandrel 22 having aperipheral shoulder 24. With thisshoulder 24 of themandrel 22 comes in the interior of thepreform 18 on thegear flange 14 to the plant. Subsequently, thepreform 18 is clamped together with themandrel 22 in ajaw chuck 26. Thereafter, close to thejaw chuck 26, a flow-forming device comprising three equidistantly arranged flow-formingrollers 28 moved so close to thepreform 18, that the radial distance from the flow-formingrollers 28 to the inside of the preform corresponds approximately to the wall thickness of the finalhollow shaft 10. To rotate their own axis, the spinningrollers 28 press on the wall of the pre-element 20, while thejaw chuck 26 also rotates in opposite directions and themandrel 22 and theentire Vorfom 18 constantly rotates.
Währenddessen werden die Drückwalzrollen 28 axial entlang des Vorelemen-tes 20 vorangetrieben und drücken das Vorelement 20 derart in die Länge, dass am Ende des Drückwalzprozesses die Hohlwelle 10 etwa doppelt so lang ist wie das Vorelement 20. Die derart gelängte Kupplungshohlwelle kann dann ohne weitere Nachbearbeitung in den Antrieb des Schienenfahrzeuges eingebaut werden.Meanwhile, the spinning
Die durch dieses Drückwalzverfahren erreichte Verfestigung der Hohlwelle 10 führt zu einer hohen Kerbschlagfestigkeit des Materials, insbesondere bei tiefen Temperaturen bis -30° C oder tiefer, sodass ein entsprechend ausgestatteter Schienenantrieb auch bei tiefen Temperaturen eingesetzt werden kann, ohne Schaden zu nehmen.The achieved by this flow-forming process hardening of the
Durch die Kaltverformung der Hohlwelle während des Druckwalzverfahrens wird gleichzeitig auch eine Verfestigung des Stahls erreicht, sodass dieser Stahl höhere Kräfte aufnehmen kann. Hierdurch ist es möglich, die Kupplungshohlwelle dünnwandiger als vergleichbare Gusseisenkupplungshohlwellen auszuführen, was zu einer Gewichtsersparnis von 30 bis 40 % führt.The cold deformation of the hollow shaft during the pressure rolling process at the same time a solidification of the steel is achieved, so that this steel can absorb higher forces. This makes it possible to make the coupling hollow shaft thin-walled than comparable cast iron clutch hollow shafts, resulting in a weight saving of 30 to 40%.
Claims (10)
dadurch gekennzeichnet,
dass die Hohlwelle (10) aus Stahl, insbesondere aus einem austhenitischem Stahl, gefertigt ist, wobei die Hohlwelle (10) im Drückwalzverfahren bearbeitet wurde.Coupling hollow shaft of a drive of a rail vehicle, comprising a wheel flange (12), a gear flange (14) and a hollow shaft (10) arranged between the wheel flange (12) and the gear flange (14),
characterized,
in that the hollow shaft (10) is made of steel, in particular of an austenitic steel, the hollow shaft (10) being machined in the flow-forming method.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Hohlwelle (10) zylindrisch ausgeführt ist.Coupling hollow shaft according to claim 1,
characterized,
that the hollow shaft (10) is cylindrical.
dadurch gekennzeichnet,
dass der Außendurchmesser des Radflansches (12) oder der Außendurchmesser des Getriebeflansches (14) kleiner ist, als der Außendurchmesser der Hohlwelle (10).Coupling hollow shaft according to one of the preceding claims,
characterized,
that the outer diameter of the wheel flange (12) or the outer diameter of the transmission flange (14) is smaller than the outer diameter of the hollow shaft (10).
dadurch gekennzeichnet,
dass der Innendurchmesser des Radflansches (12) oder der Innendurchmesser des Getriebeflansches (14) kleiner ist, als der Innendurchmesser der Hohlwelle (10).Coupling hollow shaft according to one of the preceding claims,
characterized,
that the inner diameter of the wheel flange (12) or the inner diameter of the transmission flange (14) is smaller than the inner diameter of the hollow shaft (10).
dadurch gekennzeichnet,
dass am Radflansch (12) oder am Getriebeflansch (14) ein Übergang zur größeren Hohlwelle (10) vorgesehen ist, wobei der Übergang nahtlos in die Hohlwelle (10) übergeht.Coupling hollow shaft according to claim 4,
characterized,
that a transition to the larger hollow shaft (10) is provided on the wheel flange (12) or the gear unit (14), wherein the transition seamlessly in the hollow shaft (10) passes.
dadurch gekennzeichnet,
dass der Übergang als Kreisbogensegment mit einem Radius von 0,05 bis 0,2 des Innendurchmessers des Radflansches (12) bzw. des Getriebeflansches (14) aufweist.Coupling hollow shaft according to claim 5,
characterized,
that the transition as a circular arc segment having a radius of 0.05 to 0.2 of the inner diameter of the wheel flange (12) and the transmission flange (14).
dadurch gekennzeichnet,
dass aus Stahl zunächst eine Vorform (18) einer Kupplungshohlwelle umfassend einen Radflansch (12) zur Anbringung eines Radlagers an der Kupplungshohlwelle, ein Getriebeflansch (14) zur Anbringung eines Getriebelagers an der Kupplungshohlewelle und eine zwischen dem Radflansch (12) und dem Getriebeflansch (14) angeordnetes Vorelement (20) gefertigt wird und wobei das Vorelement (20) kürzer, dafür aber mit einer dickeren Wandung als die endgültige Hohlwelle (10) ausgeführt wird, und dass dann das Vorelement (20) im Drückwalzverfahren in die endgültige Hohlwelle (10) überführt wird.Method for producing a coupling hollow shaft of a drive of a rail vehicle, in particular according to one of the preceding claims,
characterized,
that a steel preform (18) of a coupling hollow shaft comprising a wheel flange (12) for attachment of a wheel bearing on the coupling hollow shaft, a transmission flange (14) for mounting a gear bearing on the coupling hollow shaft and between the wheel flange (12) and the transmission flange (14 ) and wherein the pre-element (20) is shorter, but with a thicker wall than the final hollow shaft (10) is performed, and then that the pre-element (20) in the flow-forming process in the final hollow shaft (10) is transferred.
dadurch gekennzeichnet,
dass das Vorelement (20) im Drückwalzverfahren um Faktor 1,5 bis 2,5, vorzugsweise um Faktor 2, gelängt wird.Method according to claim 7,
characterized,
in that the pre-element (20) is elongated in the flow-forming process by a factor of 1.5 to 2.5, preferably by a factor of 2.
dadurch gekennzeichnet,
dass der Radflansch (12) und/oder der Getriebeflansch (14) bereits die endgültige Form aufweisen.Method according to claims 7 or 8,
characterized,
that the wheel flange (12) and / or the gear flange (14) already have the final shape.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kupplungshohlwelle nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9 hergestellt ist.Coupling hollow shaft, in particular according to one of claims 1 to 6,
characterized,
in that the coupling hollow shaft is produced by the method according to one of claims 7 to 9.
Applications Claiming Priority (1)
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DE102014014827.0A DE102014014827A1 (en) | 2014-10-09 | 2014-10-09 | Coupling hollow shaft of a drive of a rail vehicle and method for its production |
Publications (1)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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RBV | Designated contracting states (corrected) |
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STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
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Effective date: 20191203 |