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WO2011141510A1 - Antrieb für schienenfahrzeuge - Google Patents

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Info

Publication number
WO2011141510A1
WO2011141510A1 PCT/EP2011/057612 EP2011057612W WO2011141510A1 WO 2011141510 A1 WO2011141510 A1 WO 2011141510A1 EP 2011057612 W EP2011057612 W EP 2011057612W WO 2011141510 A1 WO2011141510 A1 WO 2011141510A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
drive
rotor
gimbal
drive motor
rail vehicle
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/057612
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Erwin Skumawitz
Thomas KÜRSTEN
Michael Stockmayer
Werner Cepak
Original Assignee
Bombardier Transportation Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=44227790&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=WO2011141510(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Bombardier Transportation Gmbh filed Critical Bombardier Transportation Gmbh
Priority to EP11720750.6A priority Critical patent/EP2569197B2/de
Priority to ES11720750T priority patent/ES2635592T5/es
Priority to CN201180034510.5A priority patent/CN103108790B/zh
Publication of WO2011141510A1 publication Critical patent/WO2011141510A1/de

Links

Classifications

    • 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
    • B61C9/38—Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion
    • B61C9/48—Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion with motors supported on vehicle frames and driving axles, e.g. axle or nose suspension
    • B61C9/50—Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion with motors supported on vehicle frames and driving axles, e.g. axle or nose suspension in bogies

Definitions

  • the invention relates to a drive for rail vehicles with a drive motor and with at least one of the drive motor driven wheel or wheelset.
  • the wheel or the wheels of the wheelset roll during operation of the rail vehicle on the rails of a rail track.
  • the invention further relates to a
  • the invention relates to a rail vehicle with such a drive.
  • Transverse accelerations due to bumps, cornering and others Events is suspended.
  • the wheelset can move relative to the bogie in any direction from its neutral position, in particular tilt.
  • the pivot point of a tilting movement can not only be in the middle of the axle, but also in their end or near the wheels.
  • the axle can shift parallel to its neutral position.
  • the wheelset is subjected to torsional and bending vibrations.
  • the transmission means for transmitting the drive torque from the drive motor to the wheel or the wheel set shaft so
  • the hollow shaft drive wherein the wheel set shaft is disposed within a hollow shaft and wherein the drive motor, the drive torque via the hollow shaft to a wheel of the
  • the hollow shaft is connected to the driven wheel via a coupling (eg rubber coupling, diaphragm coupling, tab coupling or toothed coupling). At the opposite end of the hollow shaft, this is connected via a cardanically movable joint with a gear, which is driven by the drive motor.
  • a coupling eg rubber coupling, diaphragm coupling, tab coupling or toothed coupling.
  • This is connected via a cardanically movable joint with a gear, which is driven by the drive motor.
  • Drives with hollow shafts are structurally and manufacturing technically complex. In addition, they limit the space available for the drive motor space, since the hollow shaft and coupled to the hollow shaft joints and / or gearbox correspondingly large
  • a cardanically movable joint is understood as meaning a joint which allows the parts which are coupled to one another via the joint to move relative to one another about two mutually perpendicular rotary axes (also called rotation axes).
  • the axes of rotation can be imaginary axes of rotation act, which do not have to correspond to the axes of rotation of waves, as it is for example in the universal joint (also called universal joint) the case.
  • a cardanically movable joint also does not have to be designed in one piece. For example, it may consist of parts which each allow rotation about one of the two mutually perpendicular axes of rotation.
  • Joint be connected in a deflected position of the joint with an elastic deformation, which leads to restoring forces in the neutral position. This is particularly the case when parts of the joint are made of elastic materials, e.g. Hardy disk is the case.
  • the gimbal joint itself has no linear
  • Rotation axes stands. Likewise, the cardanically movable joint does not itself allow a linear mobility in the direction of the two axes of rotation. Further, the gimbal movable joint is not rotationally movable about the axis which is perpendicular to the two axes of rotation.
  • a gimbal joint may e.g. also comprise components of high modulus (e.g., steel) materials, but which are elastically deformable in shape (e.g., spring elements such as steel leaf springs).
  • Gear and / or cardan shafts are used. Often, axial compliance in the powertrain, i. a yielding towards the
  • Rotation axis desired to rotate one or more parts of the drive train to transmit the drive torque.
  • this torque is e.g. is converted by a gear in the drive train.
  • a so-called transverse drive is realized in which the axis of rotation of the rotor of the drive motor is approximately parallel to the axle of the driven wheelset.
  • the stator of the drive motor is supported on a cross member of the bogie.
  • Rotor shaft has a double gear coupling.
  • This coupling corresponds to the series connection of two joints with gimbal mobility, in addition also an axial mobility of the coupled via the gear coupling shaft sections is given.
  • a disadvantage of this type of mass decoupling is that between the two gimbals movable joints in the axial direction of the drive train only a short section of the
  • Axle axles are compensated from their neutral position.
  • Transverse drive is the end of the rotor shaft remote from the runner's point of view via a so-called off-axis gear, i. a transmission, which is at least partially supported on the axle, coupled to the wheelset.
  • off-axis gear i. a transmission, which is at least partially supported on the axle, coupled to the wheelset.
  • the stator of the drive motor is supported via a cardanically movable suspension on a bogie of the rail vehicle, on a car body of the rail vehicle or on a construction connected to the bogie and / or the car body.
  • a gimbal-mounted suspension analogous to the above definition of a gimbal joint is understood a joint that allows the parts coupled together via the joint to move relative to each other about two mutually perpendicular axes of rotation, i. to rotate.
  • the cardanic mobile suspension may be linearly immovable with respect to the two axes of rotation, linearly immovable with respect to the axis perpendicular to the two axes of rotation, and also with respect to the axis perpendicular to the two axes of rotation rotatory
  • a linear mobility in the direction of the axis can be provided, which is perpendicular to the two axes of rotation.
  • the gimbal-mounted suspension is not located in the drive train (between rotor and wheel or wheelset) and therefore does not rotate continuously to transmit torque.
  • the gimbal movable suspension supports the stator of the drive motor so that the torque of the rotor is transferable.
  • the two mutually perpendicular axes of rotation of the gimbal-mounted suspension are approximately perpendicular to the axis of rotation of the rotor.
  • Suspension does not necessarily cross each other, as is the case with a universal joint (so for the definition and designs of gimbal joint). Under perpendicular is also understood that the one axis of rotation crosses only a parallel of the other axis of rotation perpendicular. Also, the location of the axes of rotation in the space and relative to the stand and the supporting part (eg bogie frame) may vary slightly during rotation. Furthermore, the stiffnesses and / or resistances of the rotational movements must be around the two
  • Rotary axes of gimbal mobile suspension are not equal.
  • the gimbal mobile suspension can be realized in the same way as described above in the definition of the term gimbal movable joint.
  • it can consist of an arrangement of several parts that are not directly connected to each other, but only on the supporting
  • one-piece gimbals (eg the universal joint) are also suitable for the suspension.
  • the gimballed suspension is realized by two elongated elements of elastic material, in particular natural or synthetic rubber material.
  • the stiffness of the two elongated elements for linear movements in the direction of their
  • Longitudinal axis (the axis in which the elements are elongated) substantially larger than for curvature of the elements about its longitudinal axis.
  • the curvatures may be torsions about the longitudinal axis and / or curvatures of the longitudinal axis in two different mutually perpendicular directions.
  • the two elongated elements are parallel to one another with their longitudinal axes
  • the cardanically movable suspension is realized by two annular elements of elastic material, in particular of natural or synthetic rubber material.
  • the annular elements each extend about an axis, which is in particular a rotational axis of symmetry.
  • the two axes are parallel to each other at a distance.
  • the bogie or the other part of the supporting structure of the vehicle are interconnected.
  • one part of the two parts to be joined together e.g., the motor housing
  • the other part e.g., the bogie frame
  • the rubber material can at the radially inner side to a first annular sleeve and at the radial
  • annular elastic members may now be selected and / or adjusted to achieve the desired cardan motion of the suspension.
  • a gimbal-mounted joint in the drive train and a separate gimbal-mounted suspension are easier to implement than two gimbal-mounted joints in the drive train. Therefore, the weight of the arrangement can be reduced.
  • the number of complex components for ensuring the offset e.g., parallel offset of the
  • Rotation axis of a drive train part can be reduced.
  • An additional axial mobility of the rotor relative to the stator of the electric motor has the advantage that the gimbal-mounted joint in the drive train can be made simpler. For example, No curved tooth coupling with axial compliance is required.
  • the axial mobility of the motor also has the advantage that the bearing of the rotor by the magnetic field of the motor is completely friction and wear-free.
  • a neutral position can be defined, in which the axis of rotation of the rotor crosses the two axis of rotation of the gimbal-mounted suspension perpendicularly but not necessarily in the same point.
  • Drive motor is between the gimbal movable in terms of power flow between the supporting structure and the drive train
  • the following embodiment relates in particular to a transverse drive, ie the
  • the axis of rotation of the motor rotor runs transversely to the direction of travel:
  • Rail vehicle relative to the car body of the rail vehicle or relative to the associated with the bogie and / or the car body construction, be the same degrees of freedom of movement
  • the part of the drive train which is coupled via the gimbal movable joint with the rotor relative can run to the runner.
  • the rotor is coupled via the cardanically movable joint with a part of the drive train, which rotates during operation of the drive motor about an axis of rotation, which runs in a neutral position coaxial with the axis of rotation of the rotor.
  • the agreement in the degrees of freedom of the movement that the axis of rotation of said part of the drive train can be offset parallel to the neutral position, for. B. if appropriate deflections take place during operation.
  • Parallel displacement are moved out of the neutral position or are permanently or predominantly in a deflected position.
  • the cardanically movable joint is located in the drive train between the rotor and a transmission, via which the driving forces generated by the engine are transmitted to the wheel or the wheelset.
  • the gimbal movable joint is located between the rotor and the first in the course of the drive train
  • the following embodiment particularly relates to a longitudinal drive, i. the axis of rotation of the rotor runs in the direction of travel:
  • Rotation axis of the gimbal movable joint run in the drive train and run the other axis of rotation of the gimbal-mounted suspension perpendicular to the other axis of rotation of the gimbal joint.
  • the rotor is coupled via an angle gear with the wheel or the wheelset.
  • the stator or the housing of the stator it is preferred that the stator or the housing of the stator.
  • Gearbox fixed i. immobile relative to each other, are interconnected.
  • the motor and the angle gear therefore form a common drive module which is suspended by the gimbal-mounted suspension on the supporting structure of the vehicle, wherein the output side of the angular gear is coupled via the gimbal movable joint with the driven wheel or wheelset.
  • connection of the motor with the angular gear saves additional
  • An angular gear is understood to mean a gear that has a
  • Drive torque converts about a second axis of rotation, wherein the first and the second axis of rotation transverse and in particular exactly perpendicular to each other.
  • the offset is understood in particular to mean the offset of the axis of rotation of the rotor or the offset of the drive train from the perspective of the rotor beyond the cardanically movable joint.
  • the offset angle of the deflections of the gimbal movable suspension and gimbal joint are lower.
  • gimbals movable joints are used, which have a smaller construction volume, because they allow only a lower deflection. This is especially true at
  • Transverse drive is the length of the drive train in extension of the axis of rotation of the rotor limited by the width transverse to the direction of travel, which is available for installation. If lower deflections are to be expected, lower demands can also be placed on the precision of the components of the gimbal-mounted joint in the drive train.
  • Agility consists in a mobility of gimbal mobile
  • the gimbal-mounted suspension and the gimbal-movable joint (viewed in the direction of the axis of rotation of the rotor) at opposite ends of the motor or even at a distance from the ends can be.
  • the gimbals movable suspension is arranged laterally of the engine. An embodiment will be discussed. Although this arrangement shortens the distance between the suspension and the joint. As a rule, however, the distance will still be significantly greater than with two cardanically movable joints in the drive train.
  • the lateral arrangement of the gimbal movable suspension further space for the arrangement of the engine and the drive train is saved.
  • movable joint is to be understood as a clutch with gimbal mobility.
  • components and assemblies are already used, which are designated by the term coupling. Therefore, it will be understood that the element or assembly with gimbal mobility in the powertrain may also be a clutch.
  • a drive for rail vehicles comprising a drive motor with a stator and a rotor and at least one of
  • the stator of the drive motor is supported via a gimbal-mounted suspension on a bogie of the rail vehicle, on a car body of the rail vehicle or on a construction connected to the bogie and / or the car body.
  • the rotor of the drive motor is coupled via a cardanically movable joint and / or a cardanically movable coupling with the wheel, with the wheelset, with at least one wheel of the wheelset and / or with a shaft of the wheelset, so that during operation of the rail vehicle, the driving force of Drive motor is transmitted via the joint and / or the clutch.
  • the rotor drives a drive shaft which drives a wheel of the wheelset or a wheelset shaft of the wheelset via a transmission.
  • the rotor may drive a drive shaft during operation of the drive, wherein the gimbal movable joint couples a first portion of the drive shaft connected to the rotor to a second portion of the drive shaft such that the axes of rotation of the first portion and the second portion
  • the transmission mentioned in the previous paragraph is preferably located in the course of the drive train from the perspective of the runner beyond the second portion of the drive shaft, i. H.
  • the second section of the drive shaft has an axis of rotation which, in a neutral position in which the gimbal joint does not bend the first and second sections of the
  • Drive shaft leads, runs coaxially to the axis of rotation of the rotor.
  • the joint allows axial relative movement of the first portion and the second portion in the direction of at least one of the axes of rotation of the sections.
  • a drive shaft connected to the rotor can, as usual, be arranged on a first side of the motor (so-called A side) and can be the gimbal-mounted suspension on the stator of the motor
  • the scope of the invention also includes a rail vehicle, wherein the
  • Rail vehicle has a drive according to one of the described embodiments.
  • a drive motor with a stator and a rotor
  • the rotor of the drive motor is coupled via a cardanically movable joint and / or a gimbal mobile coupling with the wheel, with the wheel, with at least one wheel of the wheelset and / or with a shaft of the wheelset, so that during operation of the rail vehicle, the driving force the drive motor is transmitted via the joint and / or the coupling.
  • the drive motor drives the wheel or wheelset via a transmission.
  • the drive motor and a transmission in particular a bevel gear, a
  • Form drive module wherein the stator of the drive motor and non-movable parts of the transmission (in particular the transmission housing) are fixed and immovable relative to each other.
  • the drive module via the gimbal joint and / or via the gimbal movable
  • the rotor of the drive motor may have a drive shaft or be rotatably connected to a drive shaft.
  • the drive shaft is coupled via the cardanically movable joint and / or the cardanically movable coupling with the wheel, the wheel or the shaft of the wheelset.
  • Fig. 1 shows schematically a first embodiment of a transverse drive, wherein the
  • FIG. 2 is a front view of the plan view of FIG. 1 in the direction of arrow A in FIG
  • Fig. 3 shows an embodiment similar to that in Fig. 1, but wherein the axial
  • Mobility is given by a relative mobility of the rotor and the stator of the drive motor
  • Fig. 4 is a plan view similar to that in Fig. 1 and Fig. 3, but according to the
  • Fig. 5 is a plan view similar to that in Figs. 1, 3 and 4, schematically a
  • FIG. 6 is a section along the line B-B in Fig. 5, to illustrate the elastic suspension of the transmission
  • Fig. 7 shows a variant of the suspension of the transmission to the embodiment of
  • FIG. 8 shows a section along the line C-C in FIG. 5, the sectional plane, as also in FIGS. 6 and 7, being perpendicular to the image plane of FIG. 5, FIG.
  • FIG. 10 schematically shows an arrangement as in FIG. 10, but with the arrangement not only compensating for a parallel offset of the drive shaft but compensating for an asymmetrical arrangement of the gimbal-mounted suspension;
  • FIG. 12 schematically shows a variant of the cardanically movable suspension in an arrangement as in FIG. 10 and FIG. 1 1, wherein the cardanically movable suspension is arranged laterally of the motor,
  • Fig. 13 is a view of an embodiment of the side of the engine
  • Fig. 14 shows an embodiment of an elongated element, referred to as
  • Rubber spring is designed to realize the gimbal movable suspension
  • Fig. 15 is a plan view of an arrangement in which by means of two
  • Fig. 16 shows the arrangement of Fig. 15, but wherein the arrangement in a
  • FIG. 17 is a side view of the arrangement of FIG. 15, the
  • FIG. 18 shows the arrangement of FIG. 17, but with a deflection around one.
  • Axis of rotation of the gimbal mobile suspension has taken place, which is perpendicular to the longitudinal axes of the elongated elements, wherein a deflection has taken place by the angle ß,
  • FIGS. 19 is a plan view similar to that of FIGS. 1 and 3, but with the shaft of the wheel set disposed in a hollow shaft of the engine and the motor suspended from a cross member of the bogie via a gimbal movable suspension;
  • Fig. 20 in plan view from above schematically a bogie with a
  • 21 is an enlarged view of the drive module, the suspension of the
  • Fig. 1 shows a plan view of a bogie with a wheelset, which is driven by a transverse drive.
  • the bogie has a bogie frame 100 with an open in the direction of travel H-shaped support profile, whose cross member is denoted by 9 and whose longitudinal members are designated 3a, 3b.
  • the drive shaft 19 is connected via a gimbal movable joint 5 of the
  • the cardanically movable joint 5 has an axial compliance or mobility in the direction of the axis of rotation of the rotor shaft 18.
  • the rotor of the drive motor 1 is denoted by 4.
  • On the stand 22, a fastening 21 is mounted, which is suspended via a gimbal movable suspension 2 on a longitudinal support 12 which is fixed to the cross member 9.
  • Fig. 2 shows the arrangement in a front view, wherein also still the suspension 16a, 16b can be seen, via which the wheel bearing 1 1 a, 1 1 b resiliently with the
  • Car body 14 of the rail vehicle are connected.
  • Fig. 3 shows a plan view which is very similar to the plan view in Fig. 1, but with the gimbal joint 5 being replaced by a cardan joint 15 having no axial compliance. Instead, the axial compliance in the direction of the rotor shaft is given by a mobility of the rotor 4 relative to the stator 22.
  • FIG. 4 The top view of an embodiment according to the prior art shown in FIG. 4 differs from that in FIG. 1 in that the motor is suspended on the cross member 9 via a rigid suspension 29.
  • the rotor shaft 18 and the drive shaft 19 are coupled together via two gimbals movable joints 35a, 35b for transmitting the torque, wherein the gimbals movable joints 35 are movable relative to each other in the axial direction.
  • Fig. 1, 3 and 4 are each represented by a triangular symbol bearings that allow rotation of the rotor shaft 18 and the rotor 4. In this case, however, the further function of the respective pivot bearing shown on the right of the rotor 4 in the cases of Fig. 1, 3 and 4 is different. In the case of Fig.
  • the gimbal movable joint 5 as mentioned has an axial compliance. Therefore, said pivot bearing does not allow axial mobility of the rotor shaft 18. In the case of FIG. 4, the same applies. In contrast, the gimbal movable joint 15 in the embodiment of Fig. 3 has no axial compliance. Therefore, said rotary bearing allows axial mobility of the rotor shaft 18th
  • Fig. 5 shows a plan view of an arrangement, the one embodiment of the
  • FIG. 3 Arrangement of FIG. 3 is.
  • the embodiment relates to the gimbals movable suspension and the suspension of the transmission 8. These two suspensions can also be used in the arrangement shown in Fig. 1.
  • the gimbal movable suspension of the electric motor 1 connects the
  • the suspension has two elongated elastic elements 52a, 52b, the longitudinal axes of which extend in the illustration of Fig. 5 perpendicular to the image plane.
  • the longitudinal support 12 extends.
  • the two elongate elements 52a, 52b are longitudinally of the rail vehicle, i. in the direction of
  • the mutually opposite rubber springs 61 each have a longitudinal axis, with the longitudinal axis of the other
  • Rubber spring is aligned and the drive shaft 10 intersects perpendicular to the axis of rotation.
  • the longitudinal axes are offset from the position shown in Fig. 6 and therefore intersect a parallel axis of rotation.
  • the suspension 55 allows in particular rotations of the
  • the variant of a suspension of the transmission 8 shown in FIG. 7 has a pendulum support.
  • a pendulum carrier 71 is fixedly connected, which has at its upper, in the direction of gear 8 projecting end a first joint 73 which allows a rotational movement of a pendulum 77 about a perpendicular to the image plane of Fig. 7 axis of rotation.
  • a further joint 75 is connected to the transmission.
  • the second joint 75 also allows a rotational movement about an axis of rotation perpendicular to the image plane of FIG.
  • Fig. 9 shows in plan view a longitudinal drive for a wheel with wheels 7a, 7b.
  • the wheelset shaft 6 via wheel bearing 1 1 a, 1 1 b connected to the bogie frame 101, which is unilaterally open in the direction of travel.
  • the bogie on a cross member 91 to which the gimbal movable suspension 92 attaches, which also a linear movement of the motor 1 in the direction of travel (from top to bottom in Fig. 9) relative to the cross member allows.
  • the suspension 92 can rotate about a horizontal, transversely to the direction of travel (in the plane of FIG. 9 from left to right) extending rotational axis and about a perpendicular to the plane of FIG. 9 extending over a connected to the stator of the motor 1 support structure 97 Rotation axis too.
  • rotational movements are around the in
  • the engine 1 is fixed, i. relatively immovable, connected to a gear 98 which is coupled via a hollow shaft 109 and a gimbal movable coupling 95 with the wheelset 6.
  • the rotor 4 of the motor 1 transmits the torque produced by it via the rotor shaft 108, the gear 98, the hollow shaft 109 and the cardanically movable coupling 95 to the wheelset shaft 6 and therefore drives them.
  • a longitudinal drive with the suspension of the motor according to the invention can also be realized differently than explained with reference to FIG. 9.
  • the rotor of the supported via a gimbal on the cross member of the bogie motor directly without the interposition of a gimbal joint with a gear, for example, a bevel-helical gear to be coupled.
  • the rotor shaft of the motor rotor is therefore not gimbal movable relative to the transmission.
  • the gimbal mobility in the drive train is realized in this case in the area of the drive train between the gearbox and the wheelset.
  • a pinion of the transmission can drive a large gear, which is rotatably connected to the drive side of a gimbal joint.
  • This gimbal joint may be, for example, a curved tooth coupling.
  • the output side of the curved tooth coupling can for example be connected directly to the shaft of the driven wheelset.
  • Fig. 10 shows schematically the basic principle of the mobility of the
  • the supporting structure on the left in the image is designated by the reference numeral 90.
  • the motor 1 is suspended by its stand 22 via a connecting element 21 and the cardanically movable suspension 2.
  • the stator 22 is thus relative to the supporting structure 90 about two mutually perpendicular axes of rotation, in particular the perpendicular to the image plane in Fig. 10 extending axis of rotation.
  • this axis of rotation perpendicular to the image plane may be e.g. be the horizontal or the vertical axis.
  • FIG. 10 shows two rotational positions of the engine 1 and the parts of the arrangement which are movable together with the engine 1. The one position is through with the
  • Drive shaft 19 is not aligned parallel to the neutral position, but unlike shown in Fig. 10 is aligned at a point approximately at the right end of the drive shaft, where it is suspended.
  • the axial mobility in the direction of the axis of rotation of the rotor shaft or the drive shaft can not be seen from the example of FIG.
  • the example corresponds rather to e.g. an axial mobility at the transition between the
  • Fig. 1 1 shows a variant in which the arrangement shown in Fig. 10 in its
  • connection 21 is not aligned in the direction of the rotor shaft, but already inclined with respect to the supporting structure 90 extends.
  • This example shows that the gimballed suspension 2 also allows the suspension to be set within certain limits without interfering with the function.
  • the arrangement according to the invention therefore allows within certain limits tolerances in the production and assembly, without jeopardizing the function.
  • FIG. 12 shows schematically that the cardanically movable suspension can also be arranged laterally of the motor 1.
  • the supporting structure 109 is over a
  • Connection 31 is connected to the gimbal movable suspension 32 which engages in the left area of the stator housing to the motor 1.
  • FIG. 13 A concrete embodiment is shown in FIG. 13. Supporting parts 19a, 19b can be seen on the right and left in the figure. Over these parts the suspension is e.g. connected to the cross member of a bogie. Of the supporting parts 19 a, 19 b extends in each case in the direction of the other supporting part 19 a
  • Connecting element 131, 132 which is attached to the lower end of an elastic member 135a and 135b.
  • a connecting element 136a, 136b of non-elastic material is fixed, which the elastic element 135a, 135b with the housing of the motor 1 connects.
  • the function of the gimbal-mounted suspension according to FIG. 13 is, for example, as in the suspension shown in FIG. 8. The function will also be explained with reference to FIGS. 15 to 18.
  • Fig. 14 shows an example of an elongate elastic member.
  • This element has a cylindrical shape. In practice, however, the shape need not be cylindrical, but rather may be e.g. as shown in Fig. 13 have a longitudinally curved course.
  • a respective disc-shaped part 141 a, 141 b made of a non-elastic material, e.g. made of metal. Disposed between these end disks 141 in the exemplary embodiment 5 are disk-shaped segments 142a to 142e of elastic material, e.g. from natural or artificial
  • the tension is designed so that the elastic element can twist around its longitudinal axis and can bend so that the longitudinal axis is no longer straight, but curved.
  • Fig. 15 shows schematically an arrangement with two elastic elements 151 a, 151 b, whose longitudinal axes are perpendicular to the image plane of Fig. 15.
  • Structure 150 connected.
  • the elements 151 are each connected to a connecting structure 153a, 153b, wherein the connecting structures 153a, 153b can also be a single structure, ie they can also be fixed to one another be connected or form a piece.
  • the supporting structure 153 is the
  • FIG. 15 shows the neutral position of the cardanically movable suspension of the motor 1 realized by the elastic elements 151.
  • Fig. 16 shows a deflected position.
  • the end of the elastic members 151 fixedly connected to the supporting structure 150 is shown by a broken line, while the end connected to the connecting structure 153 is shown by a continuous line. It can be seen that by rotation about an axis of rotation perpendicular to the image plane in FIG. 16, which is located midway between the longitudinal axes of the elastic elements 151 (the angle of rotation is a), the end of the element 151 a attached to the connecting structure 153 a has moved slightly to the left while at the
  • Connection structure 153b fixed end of the element 151 b has moved slightly to the right. Both elements 151 have therefore carried out both a torsional movement about its longitudinal axis, as well as a bending movement, in which the longitudinal axis is slightly curved.
  • FIGS. 17 and 18 show the arrangement of FIG. 15 in a side view.
  • Fig. 17 shows the neutral position.
  • Fig. 17 shows the neutral position.
  • Fig. 18 shows a different rotational position than Fig. 16.
  • the connecting structure 153 and the associated motor 1 are rotated about an axis perpendicular to the image plane of Fig. 17 and 18 extending axis of rotation upwards.
  • the elastic elements have made a movement in which their longitudinal axis (runs in Fig. 17 and 18 in the vertical direction) has curved.
  • the longitudinal axis runs from bottom to top, leaning slightly to the left.
  • Fig. 19 shows schematically a plan view of another invention
  • Embodiment of a transverse drive Again, the wheelset 207a, 207b, which is rotatably mounted on the wheelset shaft 6, via pivot bearings 1 1 a, 1 1 b on the
  • Bogie frame 200 attached.
  • FIG. 19 shows a top view of the arrangement according to FIG. 13.
  • the dimensions of the drive motor 1 may be chosen differently than in FIG. 13 in relation to the dimensions of the attachment and the cross members , which is why in Fig. 19 for the
  • a first cross member 19b of the bogie connects the opposite side members, on which the pivot bearing 1 1 are mounted. Further connects a second cross member 19 a, the two side members (top in the figure).
  • Its rotor 221 is configured as a hollow shaft and concentrically surrounds the wheelset shaft 6.
  • the gimbal-movable joint is referred to, however, differently than schematically shown as described above and as in
  • Wheelset 6 mounted transmission element connected.
  • the stator of the electric motor 201 is also fastened to the cross members 19a, 19b via a cardanically movable suspension.
  • a cardanically movable suspension For this purpose, reference is made to the description of FIG.
  • the drive module illustrated in FIG. 20 is formed by a drive motor 1 and an angle gear 181.
  • the stator 22 of the motor 1 is fixedly connected to the housing 190 of the angle gear 181, so that the motor and bevel gear are not movable relative to each other.
  • the drive module is attached to the bogie frame 9 via a suspension 182.
  • Bogie frame 9 is at least one axle 6 of a wheel with the
  • Fig. 20 The direction of travel of the vehicle is shown in Fig. 20 by a left-to-right arrow having the lettering "x". This indicates that the direction of travel is usually referred to as the x-direction.
  • the suspension 182 has two recesses 182 (see FIG. 21), in each of which an annular elastic element 184 is introduced.
  • the elements 184 are substantially rotationally symmetrical with a radially inner cylindrical sleeve 198 (see FIG. 22) secured to the radially inward surface of a rubber ring 199 and a second annular cylindrical sleeve 197 secured to the radially outer surface of the rubber ring 199 is attached.
  • the two sleeves 197, 198 and also the rubber ring 199 are arranged coaxially to a rotational axis of symmetry.
  • a projection 191 of the motor 1 is inserted into the cylindrical interior of the annular element 184, which is formed radially inwardly by the inner sleeve 198.
  • the illustrated schematically angular gear 181 is rotatably connected to a first bevel gear 185 with the rotor shaft of the motor 1.
  • the first bevel gear 185 is part of a first angular gear, which transmits the drive torque to a first gear 187, which in turn drives a second gear 188.
  • the second gear 188 is non-rotatably mounted on an output shaft 186 of the angular gear 181, which drives the impeller 7b via a cardanically movable joint 180.
  • the right part of the impeller 7b is shown cut open in FIGS. 20 and 21. It can be seen on the cut side and the gimbal joint, which, for example. designed as a curved tooth coupling half.
  • gear coupling half 180 may be threaded (as shown in FIG. 21) via bolts 194 and threaded bores 195 of impeller 7b.
  • an elastic pin coupling can be used, which, like the cardanically movable suspension ring
  • annular elastic members 184 of the suspension 182 Due to the annular elastic members 184 of the suspension 182, in the illustrated case there is a rotational mobility of the drive module relative to the suspension 182 about an axis of rotation (z-axis) that is vertical to the image plane of Figures 20 and 21 and about one horizontal and vertical to the x-axis and z-axis extending second axis of rotation (y-axis). Further, there is linear mobility of the annular elastic members 184 relative to the recesses 192 in the x direction. This linear mobility in the x-direction can also be achieved in other ways, for example by a corresponding relative mobility of the Projections 191 of the engine 1 relative to the annular elastic members 184. This linear mobility prevents forces acting as driving forces or braking forces between the impellers 7 and the rails from being transmitted via the gimbal movable suspension 182.
  • Impellers 7a, 7b are arranged. Instead of a curved tooth coupling or elastic pin coupling can optionally be used in this case, a hollow shaft coupling, which also has a gimbal mobility.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für Schienenfahrzeuge, aufweisend - einen Antriebsmotor (1) mit einem Ständer (22) und einem Läufer (4) und - zumindest ein vom Antriebsmotor (1) angetriebenes Rad (7) oder einen vom Antriebsmotor angetriebenen Radsatz (7a, 7b), das/der beim Betrieb des Schienenfahrzeugs auf den Fahrschienen eines Schienenweges rollt, wobei - der Ständer (22) des Antriebsmotors (1) über eine kardanisch bewegliche Aufhängung (2) an einem Drehgestell (100) des Schienenfahrzeugs, an einem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs oder an einer mit dem Drehgestell und/oder dem Wagenkasten verbundenen Konstruktion abgestützt ist und - der Läufer (4) des Antriebsmotors (1) über ein kardanisch bewegliches Gelenk (5) und/oder über eine kardanisch bewegliche Kupplung mit dem Rad (7), mit dem Radsatz (7a, 7b), mit zumindest einem Rad des Radsatzes und/oder mit einer Welle des Radsatzes gekoppelt ist, sodass beim Betrieb des Schienenfahrzeugs die Antriebskraft des Antriebsmotors (1) über das Gelenk (5) und/oder die Kupplung übertragen wird.

Description

Antrieb für Schienenfahrzeuge
Die Erfindung betrifft einen Antrieb für Schienenfahrzeuge mit einem Antriebsmotor und mit zumindest einem von dem Antriebsmotor angetriebenen Rad oder Radsatz. Das Rad oder die Räder des Radsatzes rollen beim Betrieb des Schienenfahrzeugs auf den Fahrschienen eines Schienenweges. Die Erfindung betrifft ferner ein
Verfahren zum Herstellen eines derartigen Antriebs. Außerdem betrifft die Erfindung ein Schienenfahrzeug mit einem solchen Antrieb.
Antriebsmotoren von Schienenfahrzeugen werden häufig am Drehgestell abgestützt, dessen Räder der Antriebsmotor antreiben soll. Unter AbStützung wird die Aufnahme der Gewichtskraft des Antriebsmotors und der dynamischen Kräfte durch
Bewegungen des Schienenfahrzeugs und Stöße während des Betriebes sowie die AbStützung des Motors zur Erzeugung des Drehmomentes verstanden. Dabei können insbesondere Relativbewegungen des Antriebsmotors einerseits und des
angetriebenen Rades oder Radsatzes andererseits auftreten. Auf die damit verbundenen Probleme wird noch näher eingegangen. Alternativ zu der AbStützung des Antriebsmotors am Drehgestell kommt eine AbStützung am Wagenkasten des Schienenfahrzeugs oder an Bauteilen infrage, die mit dem Drehgestell und/oder dem Wagenkasten verbunden sind. Diese Teile können auch relativ zu dem Wagenkasten und/oder dem Drehgestell beweglich sein, obwohl sie daran mechanisch angekoppelt sind. Z.B. kann am Wagenkasten eine Motoraufhängung befestigt sein, die es dem Antriebsmotor erlaubt, eine Pendelbewegung relativ zu dem Wagenkasten
auszuführen.
Die erwähnte Relativbewegung zwischen dem Antriebsmotor und dem angetriebenen Rad oder Radsatz ist zu einem wesentlichen Teil darauf zurückzuführen, dass das Rad oder der Radsatz bei der Fahrt des Schienenfahrzeuges keine geradlinige, gleichförmige Bewegung ausführt (d.h. mit konstanter Geschwindigkeit geradeaus auf der Fahrschiene abrollt), sondern Längsbeschleunigungen und
Querbeschleunigungen aufgrund von Stößen, Kurvenfahrten und anderen Ereignissen ausgesetzt ist. Insbesondere kann das Rad oder der Radsatz relativ zu dem Drehgestellrahmen und entgegen der Federung des Fahrzeuges Bewegungen in vertikaler Richtung (z-Richtung) ausführen. Bei einem Radsatz mit zwei einander gegenüberliegenden drehfest auf einer Radsatzwelle montierten Rädern z.B. kann sich die Radsatzwelle relativ zum Drehgestell in beliebigen Richtungen aus ihrer Neutralstellung herausbewegen, insbesondere verkippen. Der Drehpunkt einer Kippbewegung kann nicht nur in der Mitte der Radsatzwelle liegen, sondern z.B. auch in deren Endbereichen oder nahe den Rädern. Auch kann sich die Radsatzwelle parallel zu ihrer Neutralstellung verlagern. Außerdem ist die Radsatzwelle Torsionsund Biegeschwingungen ausgesetzt.
Daher ist es üblich, die Übertragungsmittel zum Übertragen des Antriebs- Drehmoments vom Antriebsmotor auf das Rad oder die Radsatzwelle so
auszugestalten, dass eine Elastizität oder Beweglichkeit gegeben ist, die das
Antriebssystem vor Schäden bewahrt. Bekannt ist z.B. der Hohlwellenantrieb, bei dem die Radsatzwelle innerhalb einer Hohlwelle angeordnet ist und wobei der Antriebsmotor das Antriebs-Drehmoment über die Hohlwelle auf ein Rad des
Radsatzes oder auf den Radsatz überträgt. Die Hohlwelle ist über eine Kupplung (z. B. Gummikupplung, Membrankupplung, Laschenkupplung oder Zahnkupplung) mit dem angetriebenen Rad verbunden. Am gegenüberliegenden Ende der Hohlwelle ist diese über ein kardanisch bewegliches Gelenk mit einem Getriebe verbunden, welches von dem Antriebsmotor angetrieben wird. Antriebe mit Hohlwellen sind konstruktiv und herstellungstechnisch aufwendig. Außerdem beschränken sie den für den Antriebsmotor zur Verfügung stehenden Bauraum, da die Hohlwelle und die mit der Hohlwelle gekoppelten Gelenke und/oder Getriebe entsprechend großen
Bauraum benötigen.
Unter einem kardanisch beweglichen Gelenk wird ein Gelenk verstanden, das den über das Gelenk miteinander gekoppelten Teilen ermöglicht, sich relativ zueinander um zwei zueinander senkrecht stehende Drehachsen (auch Rotationsachsen genannt) zu bewegen. Bei den Drehachsen kann es sich um gedachte Drehachsen handeln, die nicht den Rotationsachsen von Wellen entsprechen müssen, wie es z.B. bei dem Kreuzgelenk (auch Kardangelenk genannt) der Fall ist. Ein kardanisch bewegliches Gelenk muss auch nicht einstückig ausgestaltet sein. Z.B. kann es aus Teilen bestehen, die jeweils die Rotation um eine der beiden zueinander senkrecht stehenden Rotationsachsen ermöglichen. Außerdem kann eine Relativbewegung der über das Gelenk miteinander gekoppelten Teile aus einer Neutralstellung des
Gelenks in eine ausgelenkte Stellung des Gelenks mit einer elastischen Verformung verbunden sein, die zu Rückstellkräften in die Neutralstellung führt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn Teile des Gelenks aus elastischen Materialen bestehen, wie es z.B. bei der Hardy-Scheibe der Fall ist.
Insbesondere hat das kardanisch bewegliche Gelenk selbst keine lineare
Beweglichkeit in der Richtung der Achse, die senkrecht zu den beiden
Rotationsachsen steht. Ebenfalls ermöglicht das kardanisch bewegliche Gelenk nicht selbst eine lineare Beweglichkeit in Richtung der beiden Rotationsachsen. Ferner ist das kardanisch bewegliche Gelenk nicht rotationsbeweglich um die Achse, die senkrecht zu den beiden Rotationsachsen verläuft.
Die oben beschriebene Ankopplung der Hohlwelle über eine Gummikupplung mit ringförmigem Gummielement an das angetriebene Rad ist ein weiteres Beispiel für ein kardanisch bewegliches Gelenk mit elastischen Rückstellkräften. Anstelle von Gummimaterialien kann ein kardanisch bewegliches Gelenk z.B. auch Bauteile aus Materialien mit hohem Elastizitätsmodul (z.B. Stahl) aufweisen, die jedoch elastisch formveränderlich sind (z.B. Federelemente wie Blattfedern aus Stahl).
Die elastische oder nicht elastische Relativbeweglichkeit von Teilen des
Antriebsstranges kann auch als Masseentkopplung bezeichnet werden, da
unerwünschte dynamische Anregungen und Bewegungen von Massen (z.B. des Rades oder des Radsatzes) nicht oder nicht vollständig auf andere Massen übertragen werden (z.B. den Antriebsmotor). Zur Masseentkopplung von Komponenten des Antriebsstranges können außer dem beschriebenen Hohlwellensystem auch andere Spezialkupplungen, spezielle
Getriebe und/oder Gelenkwellen eingesetzt werden. Häufig ist auch eine axiale Nachgiebigkeit im Antriebsstrang, d.h. eine Nachgiebigkeit in Richtung der
Rotationsachse, gewünscht, um die ein Teil oder mehrere Teile des Antriebsstrangs rotieren, um das Antriebs-Drehmoment zu übertragen. Wenn hier von dem Antriebs- Drehmoment die Rede ist, so schließt dies selbstverständlich den Fall ein, dass dieses Drehmoment z.B. durch ein Getriebe im Antriebsstrang gewandelt wird. Z.B. bei dem im ICE 3 der Deutschen Bahn AG verwendeten Antrieb ist ein so genannter Querantrieb realisiert, bei dem die Rotationsachse des Läufers des Antriebsmotors etwa parallel zur Radsatzwelle des angetriebenen Radsatzes verläuft. Der Ständer des Antriebsmotors ist an einem Querträger des Drehgestells abgestützt. Die
Läuferwelle weist eine doppelte Bogenzahnkupplung auf. Diese Kupplung entspricht der Hintereinanderschaltung von zwei Gelenken mit kardanischer Beweglichkeit, wobei außerdem noch eine axiale Beweglichkeit der über die Bogenzahnkupplung miteinander gekoppelten Wellenabschnitte gegeben ist. Nachteilig an dieser Art der Masseentkopplung ist, dass zwischen den beiden kardanisch beweglichen Gelenken in axialer Richtung des Antriebsstrangs lediglich ein kurzer Abschnitt des
Antriebsstrangs liegt. Daher kann anders als bei der oben beschriebenen
Entkopplung mit Hohlwelle lediglich ein relativ kleiner Versatz der
Radsatzwellenachse aus ihrer Neutralstellung ausgeglichen werden. Bei dem
Querantrieb ist das aus Sicht des Läufers entfernte Ende der Läuferwelle über ein so genanntes achsreitendes Getriebe, d.h. ein Getriebe, welches sich zumindest teilweise auf der Radsatzwelle abstützt, mit der Radsatzwelle gekoppelt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Antrieb für Schienenfahrzeuge anzugeben, der bei geringem benötigtem Bauraum Relativbewegungen des angetriebenen Rades oder Radsatzes einerseits und des Antriebsmotors
andererseits über einen möglichst weiten Bewegungsbereich ermöglicht. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren für ein derartiges Getriebe und ein Schienenfahrzeug mit einem derartigen Getriebe anzugeben. Es wird vorgeschlagen, dass der Ständer des Antriebsmotors über eine kardanisch bewegliche Aufhängung an einem Drehgestell des Schienenfahrzeugs, an einem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs oder an einer mit dem Drehgestell und/oder den Wagenkasten verbundenen Konstruktion abgestützt ist.
Unter einer kardanisch beweglichen Aufhängung wird analog zu der oben genannten Definition eines kardanisch beweglichen Gelenks ein Gelenk verstanden, das den über das Gelenk miteinander gekoppelten Teilen ermöglicht, sich relativ zueinander um zwei zueinander senkrecht stehende Drehachsen zu bewegen, d.h. zu rotieren. Insbesondere kann die kardanisch bewegliche Aufhängung in derselben Weise, wie oben für das kardanisch bewegliche Gelenk beschrieben, bezüglich der beiden Rotationsachsen linear unbeweglich sein, bezüglich der senkrecht zu den beiden Rotationsachsen stehenden Achse linear unbeweglich sein und auch bezüglich der senkrecht zu den beiden Rotationsachsen verlaufenden Achse rotatorisch
unbeweglich sein. Allerdings kann, wie noch näher ausgeführt wird, zusätzlich zu dem eigentlichen kardanisch beweglichen Gelenk oder der kardanisch beweglichen Aufhängung eine lineare Beweglichkeit in Richtung der Achse vorgesehen werden, die senkrecht zu den beiden Rotationsachsen steht.
Die kardanisch bewegliche Aufhängung ist jedoch nicht im Antriebsstrang (zwischen Läufer und Rad oder Radsatz) angeordnet und rotiert daher nicht kontinuierlich, um ein Drehmoment zu übertragen. Andererseits stützt die kardanisch bewegliche Aufhängung den Ständer des Antriebsmotors derart ab, dass das Drehmoment des Läufers übertragbar ist. Die zwei zueinander senkrecht stehenden Drehachsen der kardanisch beweglichen Aufhängung stehen etwa senkrecht zu der Drehachse des Läufers.
Je nach Ausführung müssen die Drehachsen der kardanisch beweglichen
Aufhängung nicht unbedingt einander kreuzen, wie es bei einem Kreuzgelenk der Fall ist (s.o. zur Definition und zu Ausführungen des kardanisch beweglichen Gelenks). Unter senkrecht wird auch verstanden, dass die eine Drehachse lediglich eine Parallele der anderen Drehachse senkrecht kreuzt. Auch kann sich die Lage der Drehachsen im Raum und relativ zu dem Ständer und dem abstützenden Teil (z. B. Drehgestellrahmen) während der Drehung leicht verändern. Ferner müssen die Steifigkeiten und/oder Widerstände der Rotationsbewegungen um die beiden
Drehachsen der kardanisch beweglichen Aufhängung nicht gleich sein.
Die kardanisch bewegliche Aufhängung kann in gleicher weise wie oben bei der Definition des Begriffs kardanisch bewegliches Gelenk beschrieben realisiert werden. Insbesondere kann sie aus einer Anordnung von mehreren Teilen bestehen, die nicht direkt miteinander verbunden sind, sondern lediglich über die abstützende
Konstruktion und über den Ständer miteinander verbunden sind. Wie ebenfalls oben erwähnt, kommen jedoch auch einstückige kardanisch bewegliche Gelenke (z. B. das Kreuzgelenk) für die Aufhängung infrage.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die kardanisch bewegliche Aufhängung durch zwei langgestreckte Elemente aus elastischem Material, insbesondere aus natürlichem oder künstlichem Gummimaterial, realisiert. Dabei ist die Steifigkeit der beiden langgestreckten Elemente für Linearbewegungen in Richtung ihrer
Längsachse (der Achse, in der die Elemente langgestreckt sind) wesentlich größer als für Verkrümmungen der Elemente um ihre Längsachse. Die Verkrümmungen können Torsionen um die Längsachse sein und/oder Krümmungen der Längsachse in zwei verschiedene zueinander senkrecht stehende Richtungen. Die beiden langgestreckten Elemente sind mit ihren Längsachsen parallel zueinander
angeordnet, wobei jeweils mit dem einen Ende des langgestreckten Elements in dessen Längsrichtung der Wagenkasten des Schienenfahrzeugs oder die mit dem Drehgestell und/oder dem Wagenkasten verbundene Konstruktion verbunden ist und jeweils mit dem anderen, in der Längsrichtung entgegengesetzten Ende des langgestreckten Elements der Läufer des Antriebsmotors verbunden ist, so dass aufgrund der Verkrümmungen die beschriebenen Drehbewegungen der kardanisch beweglichen Aufhängung realisiert sind. Dabei wird ferner bevorzugt, dass die Längsachsen der langgestreckten Elemente in der Neutralstellung (siehe unten) in vertikaler Richtung verlaufen. Da die langgestreckten Elemente in dieser Richtung sehr steif ausgestaltet sind, führt das von ihnen getragene Gewicht des
Antriebsmotors und gegebenenfalls eines Teils des Antriebsstranges nicht zu einer ungleichen Längenänderung der beiden gleich ausgestalteten langgestreckten Elemente. Insbesondere führt daher eine gleiche Verbiegung beider langgestreckten Elemente um ihre Längsachsen zu einer Drehbewegung um eine Drehachse, die die beiden Längsachsen der langgestreckten Elemente etwa senkrecht kreuzt. Ferner führen Torsionsbewegungen der beiden langgestreckten Elemente zu einer
Drehbewegung des Ständers relativ zu der abstützenden Konstruktion, wobei diese zweite Drehachse etwa mittig zu den beiden Längsachsen der langgestreckten Elemente in Richtung der Längsachsen in Neutralstellung, d.h. parallel zu den Längsachsen in Neutralstellung verläuft. Kombinationen der Drehbewegungen um die beiden genannten Drehachsen sind ebenfalls möglich, wobei es zu einer leichten Verschiebung der Lage der beiden Drehachsen kommen kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, die insbesondere für einen Längsantrieb (die Rotationsachse des Läufers des Antriebsmotors erstreckt sich in Fahrtrichtung) geeignet ist, wird die kardanisch bewegliche Aufhängung durch zwei ringförmige Elemente aus elastischem Material, insbesondere aus natürlichem oder künstlichem Gummimaterial, realisiert. Die ringförmigen Elemente erstrecken sich jeweils um eine Achse, die insbesondere eine Rotationssymmetrieachse ist. Die beiden Achsen verlaufen parallel zueinander in einem Abstand. Über die beiden ringförmigen Elemente sind das Drehgestell oder der andere Teil der tragenden Konstruktion des Fahrzeugs miteinander verbunden. Dabei ist der eine Teil der beiden miteinander zu verbindenden Teile (z.B. das Motorgehäuse) mit den radial innenliegenden Oberflächen der ringförmigen Elemente verbunden und ist der andere Teil (z.B. der Drehgestellrahmen) mit der radial außenliegenden Oberfläche der ringförmigen Elemente verbunden. Z.B. kann das Gummimaterial an der radial innenliegenden Seite an eine erste ringförmige Hülse und an der radial
außenliegenden Seite an eine zweite ringförmige Hülse anvulkanisiert sein. Die Hülsen wiederum sind fest mit dem jeweils zu verbindenden Teil verbunden. Die richtungsabhängige Steifigkeit der ringförmigen, elastischen Elemente kann nun so gewählt und/oder eingestellt werden, dass die gewünschte kardanische Beweglichkeit der Aufhängung erzielt wird.
Ein kardanisch bewegliches Gelenk im Antriebsstrang und eine separate kardanisch bewegliche Aufhängung sind einfacher zu realisieren als zwei kardanisch bewegliche Gelenke im Antriebsstrang. Daher kann auch das Gewicht der Anordnung reduziert werden. Generell gilt für alle Ausführungsformen, dass die Anzahl der komplexen Bauteile für die Gewährleistung des Versatzes (z.B. Parallelversatz der
Rotationsachse eines Antriebsstrang-Teils) reduziert werden kann.
Eine zusätzliche axiale Beweglichkeit des Läufers gegenüber dem Ständer des Elektromotors hat den Vorteil, dass das kardanisch bewegliche Gelenk im Antriebsstrang einfacher ausgeführt werden kann. Z.B. wird keine Bogenzahnkupplung mit axialer Nachgiebigkeit benötigt. Die axiale Beweglichkeit des Motors hat ferner den Vorteil, dass die Lagerung des Läufers durch das magnetische Feld des Motors vollständig reibungs- und verschleißfrei ist.
Für die kardanisch bewegliche Aufhängung kann eine Neutralstellung definiert werden, in der die Rotationsachse des Läufers die beiden Drehachse der kardanisch beweglichen Aufhängung jeweils senkrecht jedoch nicht zwangsläufig in demselben Punkt kreuzt.
Da - wie erwähnt - Drehbewegungen des Ständers und des abstützenden Teils um die beiden Drehachse der kardanisch beweglichen Aufhängung möglich sind und da sich auch im Antriebsstrang ein kardanisch bewegliches Gelenk befindet, ist eine Gelenkkette realisiert, wobei der Antriebsmotor Teil der Gelenkkette ist. Der
Antriebsmotor befindet sich hinsichtlich des Kraftflusses zwischen der abstützenden Konstruktion und dem Antriebsstrang zwischen der kardanisch beweglichen
Aufhängung und dem kardanisch beweglichen Gelenk. Die folgende Ausgestaltung betrifft insbesondere einen Querantrieb, d.h. die
Rotationsachse des Motor-Läufers verläuft quer zur Fahrtrichtung: Insbesondere können die Freiheitsgrade der Bewegung, die der Antriebsmotor aufgrund der kardanisch beweglichen Aufhängung relativ zu dem Drehgestell des
Schienenfahrzeugs, relativ zu dem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs oder relativ zu der mit dem Drehgestell und/oder dem Wagenkasten verbundenen Konstruktion ausführen kann, dieselben Freiheitsgrade der Bewegung sein, die der Teil des Antriebsstranges, der über das kardanisch bewegliche Gelenk mit dem Läufer gekoppelt ist, relativ zu dem Läufer ausführen kann. Dies bedeutet, dass der Läufer über das kardanisch bewegliche Gelenk mit einem Teil des Antriebsstranges gekoppelt ist, der beim Betrieb des Antriebsmotors um eine Rotationsachse rotiert, welche in einer Neutralstellung koaxial zu der Rotationsachse des Läufers verläuft. Allerdings ermöglicht es die Übereinstimmung in den Freiheitsgraden der Bewegung, dass die Rotationsachse des genannten Teils des Antriebsstranges parallel gegen die Neutralstellung versetzt werden kann, z. B. wenn im Betrieb entsprechende Auslenkungen stattfinden. Selbstverständlich kann die Rotationsachse des
genannten Teils des Antriebsstrangs auch auf andere Weise als durch
Parallelverschiebung aus der Neutralstellung herausbewegt werden oder sich permanent oder vorwiegend in einer ausgelenkten Stellung befinden.
Im Fall des Querantriebs wird es insbesondere bevorzugt, dass sich das kardanisch bewegliche Gelenk im Antriebsstrang zwischen dem Läufer und einem Getriebe befindet, über das die vom Motor erzeugten Antriebskräfte auf das Rad oder den Radsatz übertragen werden. Insbesondere befindet sich das kardanisch beweglich Gelenk zwischen dem Läufer und dem im Verlauf des Antriebsstrangs ersten
Getriebes, wenn mehrere Getriebe vorhanden sind. Dies bedeutet, dass der Ständer des Antriebsmotors und die unbeweglichen Teile des Getriebes (insbesondere das Getriebegehäuse) nicht oder zumindest beweglich relativ zueinander verbunden sind. Ferner kann insbesondere bei einem Querantrieb die Übertragung des Antriebsdrehmoments mit Hilfe einer Hohlwelle erfolgen. Auf das Prinzip einer Hohlwelle wurde bereits oben eingegangen. Dabei wird es bevorzugt, dass im Fall des Querantriebs die Drehmomentübertragung von der Hohlwelle auf den Radsatz, welcher zwei über eine Achse miteinander verbundene Laufräder aufweist, nur an einem der Laufräder erfolgt. Folglich findet an dem anderen Laufrad keine direkte Übertragung des Antriebsdrehmoments von der Hohlwelle statt. Dieses andere Laufrad wird lediglich über die Achse des Radsatzes angetrieben.
Die folgende Ausgestaltung betrifft insbesondere einen Längsantrieb, d.h. die Rotationsachse des Läufers verläuft in Fahrtrichtung: Insbesondere kann eine Rotationsachse der kardanisch beweglichen Aufhängung parallel zu einer
Rotationsachse des kardanisch beweglichen Gelenks im Antriebsstrang verlaufen und die andere Rotationsachse der kardanisch beweglichen Aufhängung senkrecht zur anderen Rotationsachse des kardanisch beweglichen Gelenks verlaufen. Dabei ist der Läufer über ein Winkelgetriebe mit dem Rad oder dem Radsatz gekoppelt. Ferner wird dabei bevorzugt, dass der Ständer bzw. das Gehäuse des
Antriebsmotors und das Getriebegehäuse bzw. die unbeweglichen Teile des
Getriebes fest, d.h. relativ zueinander unbeweglich, miteinander verbunden sind. Der Motor und das Winkelgetriebe bilden daher ein gemeinsames Antriebsmodul, das durch die kardanisch bewegliche Aufhängung an der tragenden Konstruktion des Fahrzeugs aufgehängt ist, wobei die Abtriebsseite des Winkelgetriebes über das kardanisch bewegliche Gelenk mit dem angetriebenen Rad oder Radsatz gekoppelt ist.
Die Verbindung des Motors mit dem Winkelgetriebe erspart zusätzliche
Aufhängungen, die entsprechend beweglich ausgestaltet werden müssten. Die feste Verbindung zwischen Motor und Winkelgetriebe verhindert ohne eine zusätzliche Aufhängung des Winkelgetriebes eine lineare Bewegung des Winkelgetriebes in vertikaler Richtung. Unter einem Winkelgetriebe wird ein Getriebe verstanden, das ein
Antriebsdrehmoment um eine erste Rotationsachse in ein zweites
Antriebsdrehmoment um eine zweite Rotationsachse umsetzt, wobei die erste und die zweite Rotationsachse quer und insbesondere exakt senkrecht zueinander verlaufen.
Im Gegensatz zu der oben erwähnten Anordnung von zwei Bogenzahnkupplungen im Antriebsstrang kann durch die Kombination der kardanisch beweglichen Aufhängung mit dem kardanisch beweglichen Gelenk im Antriebsstrang ein wesentlich größerer Versatz ausgeglichen werden. Unter dem Versatz wird insbesondere der Versatz der Rotationsachse des Läufers oder der Versatz des Antriebsstrangs aus Sicht des Läufers jenseits des kardanisch beweglichen Gelenks verstanden. Bei gleichem Versatz sind die Winkel der Auslenkungen der kardanisch beweglichen Aufhängung und des kardanisch beweglichen Gelenks geringer. Es können daher z.B. kardanisch bewegliche Gelenke eingesetzt werden, die ein geringeres Bauvolumen haben, weil sie nur eine geringere Auslenkung ermöglichen. Dies gilt insbesondere bei
Bogenzahnkupplungen. Die Erfindung eignet sich daher besonders für den
Querantrieb und für Betriebssituationen, in denen besonders starke oder schnelle Bewegungen des Rades oder des Radsatzes gegenüber dem Antriebsmotor zu erwarten sind. Dies ist z.B. bei Hochgeschwindigkeitszügen der Fall. Beim
Querantrieb ist die Länge des Antriebsstrangs in Verlängerung der Rotationsachse des Läufers durch die Breite quer zur Fahrtrichtung begrenzt, die für den Einbau zur Verfügung steht. Wenn geringere Auslenkungen zu erwarten sind, können auch an die Präzision der Bauteile des kardanisch beweglichen Gelenks im Antriebsstrang geringere Anforderungen gestellt werden.
Die oben erwähnte Kombination von zwei Bodenzahnkupplungen im Antriebsstrang ermöglicht den bei Auslenkung bzw. Versatz des Antriebsstrangs erforderlichen Längenausgleich in Richtung der Rotationsachse des Antriebsstrangs. Bei gängigen Antriebsmotoren mit einem Läufer, der innerhalb des Ständers über das Magnetfeld gelagert ist, kann eine axiale Bewegung des Läufers in Richtung seiner Rotationsachse relativ zum Ständer stattfinden. Da die kardanisch bewegliche Aufhängung und das typischerweise am anderen Ende des Motors oder sogar noch deutlich weiter entfernt vom Motor angeordnete kardanisch bewegliche Gelenk im Vergleich zu der Kombination zweier Bodenzahnkupplungen sehr weit auseinander liegen, ist auch der axiale Ausgleich in Richtung der Rotationsachse des Läufers vergleichsweise gering. Gängige Antriebsmotoren ermöglichen ohne konstruktive Änderung den erforderlichen axialen Ausgleich.
Die axiale Beweglichkeit in Richtung der Rotationsachse des Läufers und/oder in Richtung des mit der Läuferwelle über das kardanisch bewegliche Gelenk
verbundenen weiteren Antriebsstrangs kann alternativ zu einer axialen Beweglichkeit des Läufers relativ zum Stator auch über ein in axialer Richtung bewegliches kardanisch bewegliches Gelenk erzielt werden. Diese Variante wird eingesetzt, wenn der Motor keine axiale Beweglichkeit besitzt. Besitzt der Motor dagegen eine solche axiale Beweglichkeit, wird auf die axiale Beweglichkeit des kardanisch beweglichen Gelenks verzichtet, damit der Läufer sich nicht frei in axialer Richtung zwischen zwei Endpunkten hin und her bewegen kann. Eine dritte Möglichkeit der axialen
Beweglichkeit besteht in einer Beweglichkeit der kardanisch beweglichen
Aufhängung, die insbesondere für die oben beschriebene Ausführungsform eines Längsantriebes mit fest miteinander verbundenem Motor und Getriebe bevorzugt wird. In diesem Fall sind weder der Motor noch das kardanisch bewegliche Gelenk in axialer Richtung auslenkbar. Im Fall des Antriebsmoduls mit fest verbundenem Motor und Winkelgetriebe verhindert die axiale Beweglichkeit der kardanisch beweglichen Aufhängung, dass Antriebskräfte über die kardanisch bewegliche Aufhängung übertragen werden. Unter Antriebskräften werden in diesem Fall Kräfte verstanden, die zwischen Rad und Schiene wirken und zur Beschleunigung oder Bremsung des Fahrzeugs auf die tragende Konstruktion des Fahrzeugs übertragen werden.
Es wurde erwähnt, dass sich die kardanisch bewegliche Aufhängung und das kardanisch bewegliche Gelenk (betrachtet in Richtung der Rotationsachse des Läufers) an gegenüberliegenden Enden des Motors oder sogar in einer Entfernung von den Enden befinden können. Es ist jedoch auch möglich, dass die kardanisch bewegliche Aufhängung seitlich des Motors angeordnet ist. Auf eine Ausführungsform wird noch eingegangen. Diese Anordnung verkürzt zwar den Abstand zwischen Aufhängung und Gelenk. Der Abstand wird aber in aller Regel immer noch deutlich größer sein als bei zwei kardanisch beweglichen Gelenken im Antriebsstrang. Durch die seitliche Anordnung der kardanisch beweglichen Aufhängung wird weiterer Bauraum für die Anordnung des Motors und des Antriebsstrangs gespart.
Wenn zuvor oder im Folgenden von dem kardanisch beweglichen Gelenk im
Antriebsstrang die Rede ist, so schließt dies mit ein, dass statt des kardanisch beweglichen Gelenks eine kardanisch bewegliche Kupplung im Antriebsstrang vorgesehen ist. Gemäß der obigen Definition von dem Begriff kardanisch
bewegliches Gelenk ist darunter auch eine Kupplung mit kardanischer Beweglichkeit zu verstehen. In der Praxis werden bereits Bauteile und Baugruppen eingesetzt, die mit dem Begriff Kupplung bezeichnet sind. Daher wird klargestellt, dass es sich bei dem Element oder der Baugruppe mit kardanischer Beweglichkeit im Antriebsstrang auch um eine Kupplung handeln kann.
Insbesondere wird ein Antrieb für Schienenfahrzeuge vorgeschlagen, der einen Antriebsmotor mit einem Ständer und einem Läufer und zumindest ein vom
Antriebsmotor angetriebenes Rad oder einen vom Antriebsmotor angetriebenen Radsatz, das/der beim Betrieb des Schienenfahrzeugs auf den Fahrschienen eines Schienenweges rollt, aufweist. Der Ständer des Antriebsmotors ist über eine kardanisch bewegliche Aufhängung an einem Drehgestell des Schienenfahrzeugs, an einem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs oder an einer mit dem Drehgestell und/oder dem Wagenkasten verbundenen Konstruktion abgestützt. Der Läufer des Antriebsmotors ist über ein kardanisch bewegliches Gelenk und/oder über eine kardanisch bewegliche Kupplung mit dem Rad, mit dem Radsatz, mit zumindest einem Rad des Radsatzes und/oder mit einer Welle des Radsatzes gekoppelt, sodass beim Betrieb des Schienenfahrzeugs die Antriebskraft des Antriebsmotors über das Gelenk und/oder die Kupplung übertragen wird. Insbesondere treibt der Läufer beim Betrieb des Antriebes eine Antriebswelle an, die über ein Getriebe ein Rad des Radsatzes oder eine Radsatzwelle des Radsatzes antreibt.
Der Läufer kann beim Betrieb des Antriebes eine Antriebswelle antreiben, wobei das kardanisch bewegliche Gelenk einen ersten Abschnitt der Antriebswelle, der mit dem Läufer verbunden ist, mit einem zweiten Abschnitt der Antriebswelle koppelt, sodass die Rotationsachsen des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts
gegeneinander abgewinkelt verlaufen können. In diesem Fall befindet sich das Getriebe, das in dem vorangegangen Absatz erwähnt wurde, vorzugsweise im Verlauf des Antriebsstranges aus Sicht des Läufers jenseits des zweiten Abschnitts der Antriebswelle, d. h. der zweite Abschnitt der Antriebswelle hat insbesondere eine Rotationsachse, die in einer Neutralstellung, in der das kardanisch bewegliche Gelenk nicht zu einer Abwinklung des ersten und zweiten Abschnitts der
Antriebswelle führt, koaxial zur Drehachse des Läufers verläuft.
Bei einer Realisierung als Querantrieb verlaufen die Rotationsachsen der
Antriebswelle quer zur Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs. Jedoch ist z. B. auch ein Längsantrieb möglich, bei dem die Rotationsachsen der Antriebswelle ungefähr in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs verlaufen.
Bei einer speziellen Ausgestaltung erlaubt das Gelenk eine axiale Relativbewegung des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts in Richtung zumindest einer der Rotationsachsen der Abschnitte. Bevorzugt wird jedoch, dass die axiale
Nachgiebigkeit bzw. Beweglichkeit durch den Motor, relativ zwischen Läufer und Ständer, realisiert ist, d.h. der Läufer ist in Richtung seiner Rotationsachse beweglich gelagert, vorzugsweise allein durch das Magnetfeld des Motors. Eine mit dem Läufer verbundene Antriebswelle kann wie üblich an einer ersten Seite des Motors (so genannte A-Seite) angeordnet sein und die kardanisch bewegliche Aufhängung am Ständer des Motors kann
- an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Motors (so
genannte B-Seite) angeordnet sein und/oder
- zwischen der ersten und der zweiten Seite des Motors angeordnet sein,
insbesondere näher an der zweiten Seite des Motors als an der ersten Seite.
Zum Umfang der Erfindung gehört auch ein Schienenfahrzeug, wobei das
Schienenfahrzeug einen Antrieb gemäß einer der beschriebenen Ausgestaltungen aufweist.
Ferner gehört zum Umfang der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Antriebs für ein Schienenfahrzeug, wobei folgendes bereitgestellt wird:
- ein Antriebsmotor mit einem Ständer und einem Läufer und
- zumindest ein vom Antriebsmotor angetriebenes Rad oder ein vom Antriebsmotor angetriebener Radsatz, das/der beim Betrieb des Schienenfahrzeugs auf den Fahrschienen eines Schienenweges rollt,
wobei
- der Ständer des Antriebsmotors über eine kardanisch bewegliche Aufhängung an einem Drehgestell des Schienenfahrzeugs, an einem Wagenkasten des
Schienenfahrzeugs, oder an einer mit dem Drehgestell und/oder dem
Wagenkasten verbundenen Konstruktion abgestützt wird und
- der Läufer des Antriebsmotors über ein kardanisch bewegliches Gelenk und/oder über eine kardanisch bewegliche Kupplung mit dem Rad, mit dem Radsatz, mit zumindest einem Rad des Radsatzes und/oder mit einer Welle des Radsatzes gekoppelt wird, sodass beim Betrieb des Schienenfahrzeugs die Antriebskraft des Antriebsmotors über das Gelenk und/oder die Kupplung übertragen wird.
Insbesondere treibt der Antriebsmotor das Rad oder den Radsatz über ein Getriebe an. Wie oben bereits anhand einer besonderen Ausführungsform beschrieben, können der Antriebsmotor und ein Getriebe, insbesondere ein Winkelgetriebe, ein
Antriebsmodul bilden, wobei der Ständer des Antriebsmotors und nicht bewegliche Teile des Getriebes (insbesondere das Getriebegehäuse) fest und relativ zueinander unbeweglich miteinander verbunden sind. In diesem Fall ist das Antriebsmodul über das kardanisch bewegliche Gelenk und/oder über die kardanisch bewegliche
Kupplung mit dem Rad, mit dem Radsatz, mit zumindest einem Rad des Radsatzes und/oder mit der Welle des Radsatzes gekoppelt.
Wie üblich kann der Läufer des Antriebsmotors eine Antriebswelle aufweisen oder mit einer Antriebswelle drehfest verbunden sein. In diesem Fall ist die Antriebswelle über das kardanisch bewegliche Gelenk und/oder die kardanisch bewegliche Kupplung mit dem Rad, dem Radsatz oder der Welle des Radsatzes gekoppelt.
Weitere Ausgestaltungen und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 schematisch eine erste Ausgestaltung eines Querantriebes, wobei die
axiale Nachgiebigkeit durch eine Beweglichkeit des kardanisch
beweglichen Gelenks im Antriebsstrang realisiert ist,
Fig. 2 eine Frontalansicht der Draufsicht gemäß Fig. 1 in Richtung des Pfeils A in
Fig. 1 ,
Fig. 3 eine Ausgestaltung ähnlich der in Fig. 1 , wobei jedoch die axiale
Beweglichkeit durch eine Relativbeweglichkeit des Läufers und des Ständers des Antriebsmotors gegeben ist,
Fig. 4 eine Draufsicht ähnlich der in Fig. 1 und Fig. 3, wobei jedoch gemäß dem
Stand der Technik keine kardanisch bewegliche Aufhängung des Motors vorgesehen ist, sondern zwei kardanisch bewegliche Gelenke mit axialer Beweglichkeit relativ zueinander im Antriebsstrang, Fig. 5 eine Draufsicht ähnlich der in Fig. 1 , 3 und 4, die schematisch eine
Ausführungsform des in Fig. 1 oder Fig. 3 gezeigten Querantriebs zeigt,
Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 5, um die elastische Aufhängung des Getriebes darzustellen,
Fig. 7 eine Variante der Aufhängung des Getriebes zu der Ausführungsform von
Fig. 6,
Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie C-C in Fig. 5, wobei die Schnittebene wie auch bei den Fig. 6 und 7 senkrecht zu der Bildebene der Fig. 5 verläuft,
Fig. 9 eine Ausführungsform bei einem Längsantrieb in Draufsicht,
Fig. 10 schematisch eine Neutralstellung einer Anordnung mit einem
Antriebsmotor, der über eine kardanisch bewegliche Aufhängung aufgehängt ist und dessen Läufer über ein kardanisch bewegliches Gelenk einen Antriebsstrang antreibt,
Fig. 1 1 schematisch eine Anordnung wie in Fig. 10, wobei jedoch die Anordnung nicht nur dem Ausgleich eines parallelen Versatzes der Antriebswelle dient, sondern eine asymmetrische Anordnung der kardanisch beweglichen Aufhängung ausgleicht,
Fig. 12 schematisch eine Variante der kardanisch beweglichen Aufhängung bei einer Anordnung wie in Fig. 10 und Fig. 1 1 , wobei die kardanisch bewegliche Aufhängung seitlich des Motors angeordnet ist,
Fig. 13 eine Ansicht auf eine Ausführungsform der seitlich des Motors
angeordneten kardanisch beweglichen Aufhängung,
Fig. 14 eine Ausführungsform eines langgestreckten Elements, das als
Gummifeder zur Realisierung der kardanisch beweglichen Aufhängung ausgestaltet ist,
Fig. 15 eine Draufsicht auf eine Anordnung, bei der mit Hilfe von zwei
langgestreckten elastisch verformbaren Elementen eine kardanisch bewegliche Aufhängung realisiert ist,
Fig. 16 die Anordnung von Fig. 15, wobei jedoch die Anordnung in einem
ausgelenkten Zustand gegenüber der Neutralstellung aus Fig. 15 zu sehen ist, bei der bezüglich einer Drehachse der kardanisch beweglichen Aufhängung, die parallel zu den Längsachsen der langgestreckten
Elemente verläuft, eine Auslenkung um den Winkel α stattgefunden hat,
Fig. 17 eine Seitenansicht auf die Anordnung gemäß Fig. 15, die die
Neutralstellung zeigt,
Fig. 18 die Anordnung von Fig. 17, wobei jedoch eine Auslenkung um eine
Drehachse der kardanisch beweglichen Aufhängung stattgefunden hat, die senkrecht zu den Längsachsen der langgestreckten Elemente verläuft, wobei eine Auslenkung um den Winkel ß stattgefunden hat,
Fig. 19 eine Draufsicht ähnlich der von Fig. 1 und Fig. 3, wobei jedoch die Welle des Radsatzes in einer Hohlwelle des Motors angeordnet ist und der Motor an einem Querträger des Drehgestells über eine kardanisch bewegliche Aufhängung aufgehängt ist,
Fig. 20 in Draufsicht von oben schematisch ein Drehgestell mit einem
außenliegenden Antriebsmodul, wobei ein angetriebenes Laufrad teilweise aufgeschnitten dargestellt ist,
Fig. 21 eine vergrößerte Darstellung des Antriebsmoduls, der Aufhängung des
Antriebsmoduls und des von dem Antriebsmodul angetriebenen Laufrades, wobei die drei genannten Teile und Baugruppen in Explosionsdarstellung, d.h. noch nicht miteinander verbunden, dargestellt sind, und
Fig. 22 in vergrößerter Darstellung ein ringförmiges elastisches Element zur
Realisierung der kardanischen Beweglichkeit der Aufhängung des Antriebsmoduls gemäß Fig. 20 und Fig. 21 .
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf ein Drehgestell mit einem Radsatz, der über einen Querantrieb angetrieben wird. Das Drehgestell weist einen Drehgestellrahmen 100 mit einem in Fahrtrichtung offenen H-förmigen Tragprofil auf, dessen Querträger mit 9 bezeichnet ist und dessen Längsträger mit 3a, 3b bezeichnet sind. An
gegenüberliegenden Längsträgern des Drehgestellrahmens 100 sind Lager 1 1 a und 1 1 b angeordnet, in denen die Radsatzwelle 6 des Radsatzes 7a, 7b drehbar gelagert ist. Die Radsatzwelle 6 wird über ein achsreitendes Getriebe 8 angetrieben, welches über eine elastische Aufhängung 25 an dem Querträger 9 aufgehängt ist. Das Antriebsmoment wird über eine Antriebswelle 19 in das Getriebe 8 eingeleitet.
Die Antriebswelle 19 ist über ein kardanisch bewegliches Gelenk 5 von der
Läuferwelle 18 eines Elektromotors 1 angetrieben. Das kardanisch bewegliche Gelenk 5 weist in Richtung der Rotationsachse der Läuferwelle 18 eine axiale Nachgiebigkeit bzw. Beweglichkeit auf. Der Läufer des Antriebsmotors 1 ist mit 4 bezeichnet. An dem Ständer 22 ist eine Befestigung 21 angebracht, die über eine kardanisch bewegliche Aufhängung 2 an einer Längsstütze 12 aufgehängt ist, welche an dem Querträger 9 befestigt ist.
Fig. 2 zeigt die Anordnung in einer Frontansicht, wobei außerdem noch die Federung 16a, 16b zu erkennen ist, über die die Radlager 1 1 a, 1 1 b federnd mit dem
Wagenkasten 14 des Schienenfahrzeugs verbunden sind.
In den folgenden Figuren werden für gleiche oder einander entsprechende Teile dieselben Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 1 oder wie in verschiedenen der folgenden Figuren.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht, die der Draufsicht in Fig. 1 sehr ähnlich ist, wobei jedoch das kardanisch bewegliche Gelenk 5 durch ein kardanisch bewegliches Gelenk 15 ersetzt ist, welche keine axiale Nachgiebigkeit aufweist. Stattdessen ist die axiale Nachgiebigkeit in Richtung der Läuferwelle durch eine Beweglichkeit des Läufers 4 relativ zum Ständer 22 gegeben.
Die in Fig. 4 dargestellte Draufsicht auf eine Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik unterscheidet sich von der in Fig. 1 dadurch, dass der Motor über eine starre Aufhängung 29 an dem Querträger 9 aufgehängt ist. Außerdem sind die Läuferwelle 18 und die Antriebswelle 19 über zwei kardanisch bewegliche Gelenke 35a, 35b zur Übertragung des Drehmoments miteinander gekoppelt, wobei die kardanisch beweglichen Gelenke 35 in axialer Richtung relativ zueinander beweglich sind. In Fig. 1 , 3 und 4 sind durch jeweils ein Dreieckssymbol Lager dargestellt, die eine Rotation der Läuferwelle 18 bzw. des Läufers 4 ermöglichen. Dabei ist jedoch die weitere Funktion des jeweils rechts von dem Läufer 4 dargestellten Drehlagers in den Fällen der Fig. 1 , 3 und 4 verschieden. In dem Fall der Fig. 1 weist das kardanisch bewegliche Gelenk 5 wie erwähnt eine axiale Nachgiebigkeit auf. Daher erlaubt das genannte Drehlager keine axiale Beweglichkeit der Läuferwelle 18. Für den Fall der Fig. 4 gilt das gleiche. Dagegen besitzt das kardanisch bewegliche Gelenk 15 in der Ausführungsform der Fig. 3 keine axiale Nachgiebigkeit. Daher ermöglicht das genannte Drehlager eine axiale Beweglichkeit der Läuferwelle 18.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf eine Anordnung, die eine Ausgestaltung der
Anordnung gemäß Fig. 3 ist. Die Ausgestaltung betrifft die kardanisch bewegliche Aufhängung und die Aufhängung des Getriebes 8. Diese beiden Aufhängungen können auch bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung verwendet werden.
Die kardanisch bewegliche Aufhängung des Elektromotors 1 verbindet die
Längsstütze 12 mit dem Ständer 22 des Motors 1 . Um die Drehbeweglichkeit der kardanisch beweglichen Aufhängung um die zwei senkrecht zueinander stehenden Drehachsen zu gewährleisten, weist die Aufhängung zwei langgestreckte elastische Elemente 52a, 52b auf, deren Längsachsen in der Darstellung von Fig. 5 senkrecht zur Bildebene verlaufen. Auf Höhe des Querträgers 9 des Drehgestellrahmens 100 erstreckt sich die Längsstütze 12. Die beiden langgestreckten Elemente 52a, 52b sind in Längsrichtung des Schienenfahrzeugs, d.h. in der Richtung der
Längserstreckung der Längsstütze 12, voneinander beabstandet und erstrecken sich in Richtung ihrer Längsachsen nach oben. An ihrem oberen Ende sind die Elemente 52 mit einer Konsole 51 verbunden, die im oberen Bereich am Ständer 22 befestigt ist. Eine ähnliche Anordnung wird noch anhand der Fig. 15 bis 18 beschrieben. Daran wird auch die Beweglichkeit der langgestreckten Elemente 52 erläutert. Die Elemente 52 sind in Richtung ihrer Längsachse steif, d.h. die Länge in Richtung der
Längsachse verändert sich durch die Einwirkung der üblicherweise beim Betrieb des Drehgestells auftretenden Kräfte nicht oder nur geringfügig. Die Aufhängung 55 des Getriebes 8 ist auch aus der Schnittzeichnung in Fig. 6 erkennbar. Wie Fig. 6 zeigt, ist ein C-förmiger Bügel an dem Querträger 9 des Drehgestells befestigt. An den einander gegenüberliegenden Innenseiten der freien Enden des C-förmigen Bügels 63 setzen Gummifedern 61 a, 61 b an, deren
entgegengesetzte Enden zwischen sich einen Endbereich des Getriebes 8
aufnehmen und daran befestigt sind. Die einander gegenüberliegenden Gummifedern 61 weisen jeweils eine Längsachse auf, die mit der Längsachse der anderen
Gummifeder fluchtet und die die Antriebswelle 10 senkrecht zu deren Rotationsachse schneidet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Längsachsen aus der in Fig. 6 gezeigten Position versetzt sind und daher eine Parallele der Rotationsachse schneiden. Ebenfalls erkennbar in Fig. 6 ist die Lage der Radsatzwelle 6, die über das Getriebe 8 angetrieben wird. Details der Getriebekonstruktion sind aus Fig. 6 nicht erkennbar. Die Aufhängung 55 erlaubt insbesondere Drehungen der
Antriebswelle 10 um drei aufeinander senkrecht stehende Drehachsen. Diese Drehachsen verlaufen in Fig. 6 in vertikaler und horizontaler Richtung in der
Figurenebene sowie senkrecht zur Figurenebene.
Die in Fig. 7 dargestellte Variante einer Aufhängung des Getriebes 8 weist eine Pendelstütze auf. Mit dem Querträger 9 ist ein Pendelträger 71 fest verbunden, der an seinem oberen, in Richtung Getriebe 8 vorspringendem Ende ein erstes Gelenk 73 aufweist, das eine Drehbewegung eines Pendels 77 um eine senkrecht zur Bildebene von Fig. 7 verlaufende Drehachse erlaubt. Am unteren Ende des Pendels 77 ist dieses über ein weiteres Gelenk 75 mit dem Getriebe verbunden. Das zweite Gelenk 75 erlaubt ebenfalls eine Drehbewegung um eine senkrecht zur Bildebene von Fig. 7 verlaufende Drehachse. Somit lässt die Aufhängung hauptsächlich
Bewegungen in Richtung der horizontalen Achse in Fig. 7 zu, die etwa auf Höhe der Antriebswelle 10 und der Radsatzwelle 6 verläuft. Anders als in Fig. 7 gezeigt, kann das zweite Gelenk 75 auch oberhalb oder unterhalb der Höhe der Antriebswelle 10 verlaufen. Aus Fig. 8 ist die bereits anhand von Fig. 5 beschriebene kardanisch bewegliche Aufhängung erkennbar. An dem Querträger 9 setzt (in Fig. 8 nach links erstreckend) die Längsstütze 12 an, auf deren Oberseite die langgestreckten Elemente 52a, 52b befestigt sind, und zwar in einem Abstand zueinander. An deren oberen Enden sind die Elemente 52 mit der Konsole 51 verbunden, die im oberen Bereich an dem Ständergehäuse befestigt ist.
Fig. 9 zeigt in Draufsicht einen Längsantrieb für einen Radsatz mit Rädern 7a, 7b. Wiederum ist die Radsatzwelle 6 über Radlager 1 1 a, 1 1 b mit dem Drehgestellrahmen 101 verbunden, der in Fahrtrichtung einseitig offen ist. An dem der Öffnung des Rahmens gegenüberliegenden Ende weist das Drehgestell einen Querträger 91 auf, an dem die kardanisch bewegliche Aufhängung 92 ansetzt, welche auch eine lineare Bewegung des Motors 1 in Fahrtrichtung (von oben nach unten in Fig. 9 verlaufend) relativ zu dem Querträger ermöglicht. Die Aufhängung 92 lässt über eine mit dem Ständer des Motors 1 verbundene Trägerstruktur 97 Drehbewegungen um eine horizontal, quer zur Fahrtrichtung (in der Figurenebene der Fig. 9 von links nach rechts) verlaufende Drehachse und um eine senkrecht zu der Figurenebene von Fig. 9 verlaufende Drehachse zu. Dagegen werden Drehbewegungen um die in
Fahrtrichtung verlaufende Achse verhindert, die mit der Drehachse der Läuferwelle 108 fluchtet. Der Motor 1 ist fest, d.h. relativ dazu unbeweglich, mit einem Getriebe 98 verbunden, welches über eine Hohlwelle 109 und eine kardanisch bewegliche Kupplung 95 mit der Radsatzwelle 6 gekoppelt ist.
Der Läufer 4 des Motors 1 überträgt das von ihm produzierte Drehmoment über die Läuferwelle 108, das Getriebe 98, die Hohlwelle 109 und die kardanisch bewegliche Kupplung 95 auf die Radsatzwelle 6 und treibt diese daher an.
Ein Längsantrieb mit der erfindungsgemäßen Aufhängung des Motors kann auch anders als anhand von Fig. 9 erläutert realisiert werden. Zum Beispiel kann der Läufer des über eine kardanische Aufhängung an dem Querträger des Drehgestells abgestützten Motors direkt, ohne Zwischenschaltung eines kardanischen Gelenks mit einem Getriebe, zum Beispiel einem Kegel-Stirnradgetriebe, gekoppelt sein. Die Läuferwelle des Motorläufers ist daher nicht relativ zu dem Getriebe kardanisch beweglich. Die kardanische Beweglichkeit im Antriebsstrang ist in diesem Fall in dem Bereich des Antriebsstranges zwischen dem Getriebe und dem Radsatz realisiert. Zum Beispiel kann ein Ritzel des Getriebes ein Großrad antreiben, welches drehfest mit der Antriebsseite eines kardanischen Gelenks verbunden ist. Bei diesem kardanischen Gelenk kann es sich zum Beispiel um eine Bogenzahnkupplung handeln. Die Abtriebseite der Bogenzahnkupplung kann zum Beispiel unmittelbar mit der Welle des anzutreibenden Radsatzes verbunden sein.
Fig. 10 zeigt schematisch das Grundprinzip der Beweglichkeit der
erfindungsgemäßen Anordnung. Die tragende Struktur links im Bild ist mit dem Bezugszeichen 90 bezeichnet. An dieser tragenden Struktur 90 ist der Motor 1 mit seinem Ständer 22 über ein Verbindungselement 21 und die kardanisch bewegliche Aufhängung 2 aufgehängt. Drehbeweglich ist der Ständer 22 somit relativ zur tragenden Struktur 90 um zwei zueinander senkrecht verlaufende Drehachsen, insbesondere die senkrecht zur Bildebene in Fig. 10 verlaufende Drehachse. In der Praxis kann diese senkrecht zur Bildebene verlaufende Drehachse z.B. die horizontale oder die vertikale Achse sein.
Fig. 10 zeigt zwei Drehstellungen des Motors 1 und der gemeinsam mit dem Motor 1 beweglichen Teile der Anordnung. Die eine Stellung ist durch die mit
durchgezogenen Linien dargestellten Umrisse repräsentiert. Die andere Stellung ist durch die mit unterbrochenen Linien dargestellten Teile repräsentiert. Man erkennt, dass aus der Neutralstellung (Stellung, die mit den durchgezogenen Linien gezeichnet ist) in der Drehachse durch die kardanisch bewegliche Aufhängung 2 eine Drehbewegung stattfinden kann, so dass die Verbindung 21 , der Ständer 22, der Läufer 4 und die Läuferwelle 18 um einen Winkel gegen die Neutralstellung gedreht ausgerichtet sind. Aufgrund des kardanisch beweglichen Gelenks 5 am Übergang zwischen der Läuferwelle 18 und der Antriebswelle 19 kann die Antriebswelle 19 lediglich parallel versetzt zu der Neutralstellung aber in die gleiche Richtung verlaufen. Es ist jedoch auch möglich, dass in der ausgelenkten Stellung die
Antriebswelle 19 nicht parallel zu der Neutralstellung ausgerichtet ist, sondern anders als in Fig. 10 gezeigt auf einen Punkt ungefähr am rechten Ende der Antriebswelle ausgerichtet verläuft, an dem sie aufgehängt ist.
Die axiale Beweglichkeit in Richtung der Rotationsachse der Läuferwelle oder der Antriebswelle ist aus dem Beispiel von Fig. 10 nicht erkennbar. Das Beispiel entspricht vielmehr z.B. einer Axialbeweglichkeit am Übergang zwischen der
Antriebswelle und dem nicht in Fig. 10 gezeigten Getriebe.
Fig. 1 1 zeigt eine Variante, in der die in Fig. 10 gezeigt Anordnung in ihrer
Neutralstellung ist, wobei jedoch die Verbindung 21 nicht in Richtung der Läuferwelle ausgerichtet ist, sondern bereits geneigt bezüglich der tragenden Struktur 90 verläuft. Dieses Beispiel zeigt, dass die kardanisch bewegliche Aufhängung 2 auch gestattet, die Aufhängung in gewissen Grenzen zu versetzen, ohne die Funktion zu behindern. Die erfindungsgemäße Anordnung erlaubt daher in gewissen Grenzen Toleranzen bei der Fertigung und Montage, ohne die Funktion zu gefährden.
Fig. 12 zeigt schematisch, dass die kardanisch bewegliche Aufhängung auch seitlich des Motors 1 angeordnet sein kann. Die tragende Struktur 109 ist über eine
Verbindung 31 mit der kardanisch beweglichen Aufhängung 32 verbunden, die im linken Bereich des Ständergehäuses an den Motor 1 angreift.
Eine konkrete Ausführungsform zeigt Fig. 13. Tragende Teile 19a, 19b sind rechts und links in der Figur erkennbar. Über diese Teile ist die Aufhängung z.B. mit dem Querträger eines Drehgestells verbunden. Von den tragenden Teilen 19a, 19b erstreckt sich jeweils in Richtung des anderen tragenden Teils 19 ein
Verbindungselement 131 , 132, das am unteren Ende eines elastischen Elements 135a bzw. 135b befestigt ist. Am oberen Ende des elastischen Elements 135 ist jeweils ein Verbindungselement 136a, 136b aus nicht elastischem Werkstoff befestigt, welches das elastische Element 135a, 135b mit dem Gehäuse des Motors 1 verbindet. Die Funktion der kardanisch beweglichen Aufhängung gemäß Fig. 13 ist z.B. wie bei der in Fig. 8 gezeigten Aufhängung. Die Funktion wird auch noch anhand der Fig. 15 bis 18 erläutert.
Fig. 14 zeigt ein Beispiel für ein langgestrecktes elastisches Element. Dieses Element hat eine zylindrische Form. In der Praxis muss die Form jedoch nicht zylindrisch sein, sondern kann vielmehr z.B. wie in Fig. 13 dargestellt einen in Längsrichtung gekrümmten Verlauf haben.
An den in Längsrichtung (horizontale Richtung in Fig. 14) gegenüberliegenden Enden des Elements ist jeweils ein scheibenförmiger Teil 141 a, 141 b aus einem nicht elastischen Material, z.B. aus Metall, angeordnet. Zwischen diesen End-Scheiben 141 befinden sich im Ausführungsbeispiel 5 scheibenförmige Segmente 142a bis 142e aus elastischem Material, z.B. aus natürlichem oder künstlichem
Gummimaterial. Durch alle Scheiben 141 , 142 hindurch erstreckt sich eine Bohrung in Längsrichtung. Nicht dargestellt ist in Fig. 14, dass sich bei dem betriebsfertigen elastischen Element ein Zugelement aus nicht elastischem Material
hindurcherstreckt, über das die End-Scheiben 141 gegeneinander verspannt sind, so dass die Scheiben 142 aus elastischem Material in Längsrichtung
zusammengespannt werden. Daher ist in Längsrichtung keine oder nur eine sehr geringe elastische Verformung möglich. Dagegen ist die Verspannung so ausgeführt, dass das elastische Element um seine Längsachse tordieren kann und sich so verbiegen kann, dass die Längsachse nicht mehr gradlinig, sondern gekrümmt verläuft.
Fig. 15 zeigt schematisch eine Anordnung mit zwei elastischen Elementen 151 a, 151 b, deren Längsachsen senkrecht zur Bildebene von Fig. 15 verlaufen. In
Längsrichtung an einem Ende der Elemente 151 sind diese mit der tragenden
Struktur 150 verbunden. Am anderen Ende sind die Elemente 151 mit jeweils einer Verbindungsstruktur 153a, 153b verbunden, wobei die Verbindungsstrukturen 153a, 153b auch eine einzige Struktur sein können, d.h. sie können auch fest miteinander verbunden sein oder ein Stück bilden. Mit der tragenden Struktur 153 ist das
Gehäuse des Motors 1 verbunden. Wiederum ist die Läuferwelle 18 über ein kardanisch bewegliches Gelenk 155 im Antriebsstrang mit der Antriebswelle 19 verbunden.
Fig. 15 zeigt die Neutralstellung der durch die elastischen Elemente 151 realisierten kardanisch beweglichen Aufhängung des Motors 1.
Fig. 16 zeigt eine ausgelenkte Stellung. In der Figur ist das fest mit der tragenden Struktur 150 verbundene Ende der elastischen Elemente 151 durch eine gestrichelte Kreislinie dargestellt, während das fest mit der Verbindungsstruktur 153 verbundene Ende durch eine ununterbrochene Linie dargestellt ist. Man erkennt, dass durch eine Drehung um eine senkrecht zur Bildebene in Fig. 16 verlaufende Drehachse, die sich in der Mitte zwischen den Längsachsen der elastischen Elemente 151 befindet (der Drehwinkel beträgt a), das an der Verbindungsstruktur 153a befestigte Ende des Elements 151 a geringfügig nach links bewegt hat, während sich das an der
Verbindungsstruktur 153b befestigte Ende des Elements 151 b etwas nach rechts bewegt hat. Beide Elemente 151 haben daher sowohl eine Torsionsbewegung um ihre Längsachse ausgeführt, als auch eine Biegebewegung, bei der die Längsachse leicht gekrümmt verläuft.
Fig. 17 und Fig. 18 zeigen die Anordnung von Fig. 15 in einer Seitenansicht. Fig. 17 zeigt dabei die Neutralstellung. In der Ansicht von Fig. 17 befinden sich die
elastischen Elemente 151 oberhalb der tragenden Struktur 150 hintereinander. Daher sind nur die Umrisse eines der Elemente 151 erkennbar.
Fig. 18 zeigt eine andere Drehstellung als Fig. 16. Die Verbindungsstruktur 153 und der damit verbundene Motor 1 sind um eine senkrecht zur Bildebene der Fig. 17 und 18 verlaufende Drehachse nach oben gedreht. Um dies zu ermöglichen, haben die elastischen Elemente eine Bewegung ausgeführt, bei der sich ihre Längsachse (verläuft in Fig. 17 und 18 in vertikaler Richtung) verkrümmt hat. Die Längsachse verläuft von unten nach oben, wobei sie sich leicht nach links neigt.
Fig. 19 zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine andere erfindungsgemäße
Ausführungsform eines Querantriebes. Wiederum ist der Radsatz 207a, 207b, der drehfest auf der Radsatzwelle 6 montiert ist, über Drehlager 1 1 a, 1 1 b an dem
Drehgestellrahmen 200 befestigt.
Bezüglich der Befestigung des Antriebsmotors 201 wird auf die bereits anhand von Fig. 13 beschriebene Ausführungsform Bezug genommen. Fig. 19 zeigt also bezüglich der Anordnung aus Querträgern 19a, 19b und des Antriebsmotors eine Draufsicht der Anordnung gemäß Fig. 13. Allerdings können die Abmessungen des Antriebsmotors 1 im Verhältnis zu den Abmessungen der Befestigung und der Querträger anders gewählt sein als in Fig. 13, weshalb in Fig. 19 für den
Antriebsmotor das Bezugszeichen 201 verwendet wird. Ein erster Querträger 19b des Drehgestells verbindet die gegenüberliegenden Längsträger, an denen die Drehlager 1 1 montiert sind. Ferner verbindet ein zweiter Querträger 19a die beiden Längsträger (oben in der Figur).
Zwischen den Rädern 207 befindet sich der Antriebsmotor 201. Sein Läufer 221 ist als Hohlwelle ausgestaltet und umfängt konzentrisch die Radsatzwelle 6. Durch die Bezugszeichen 205a, 205b ist das kardanisch bewegliche Gelenk bezeichnet, das jedoch anders als schematisch dargestellt wie oben beschrieben und wie bei
Hohlwellen mit kardanischer Beweglichkeit üblich über ringförmige elastische
Elemente realisiert werden kann. Im Ergebnis ist der Läufer 221 über das kardanisch bewegliche Gelenk 205 mit einem Getriebe 208 oder mit einem fest auf der
Radsatzwelle 6 montierten Übertragungselement verbunden.
Erfindungsgemäß ist auch der Ständer des Elektromotors 201 über eine kardanisch bewegliche Aufhängung an den Querträgern 19a, 19b befestigt. Hierzu wird auf die Beschreibung der Fig. 13 Bezug genommen. Die Drehachsen der kardanisch beweglichen Aufhängung verlaufen bezüglich der Bildebene von Fig. 19 senkrecht zu der Bildebene und vertikal in der Bildebene, d.h. senkrecht zur Rotationsachse der Radsatzwelle 6.
Das in Fig. 20 dargestellte Antriebsmodul wird durch einen Antriebsmotor 1 und ein Winkelgetriebe 181 gebildet. Der Ständer 22 des Motors 1 ist fest mit dem Gehäuse 190 des Winkelgetriebes 181 verbunden, so dass Motor und Winkelgetriebe nicht relativ zueinander beweglich sind. Beispielsweise werden Motorgehäuse und
Getriebegehäuse aneinander angeflanscht und verschraubt. Das Antriebsmodul ist über eine Aufhängung 182 an dem Drehgestellrahmen 9 befestigt. An dem
Drehgestellrahmen 9 wird zumindest eine Achse 6 eines Radsatzes mit den
Laufrädern 7a und 7b gelagert.
Die Fahrtrichtung des Fahrzeugs ist in Fig. 20 durch einen von links nach rechts verlaufenden Pfeil dargestellt, der die Beschriftung "x" aufweist. Dadurch wird angedeutet, dass die Fahrtrichtung üblicherweise als x-Richtung bezeichnet wird.
Die Aufhängung 182 weist zwei Aussparungen 182 auf (siehe Fig. 21 ), in die jeweils ein ringförmiges elastisches Element 184 eingebracht ist. Die Elemente 184 sind im Wesentlichen rotationssymmetrisch gestaltet, wobei eine radial innere, zylindrische Hülse 198 (siehe Fig. 22) an der radial innenliegenden Oberfläche eines Gummirings 199 befestigt ist und wobei eine zweite ringförmige, zylindrische Hülse 197 an der radial äußeren Oberfläche des Gummirings 199 befestigt ist. Die beiden Hülsen 197, 198 und auch der Gummiring 199 sind koaxial zu einer Rotationssymmetrieachse angeordnet.
Zur Herstellung der kardanisch beweglichen Aufhängung werden zwei solcher ringförmigen elastischen Elemente 184 in die entsprechenden Aussparungen 192 der Aufhängung 182 eingesetzt, wobei die Aussparungen 192 in Anlage zum
Außenumfang des ringförmigen Elements 184 gelangen und außerdem dessen lineare Beweglichkeit in Richtung der Rotationssymmetrieachse z.B. durch eine Verengung 193 in einer Richtung begrenzen.
Vor oder nach dem Einführen der ringförmigen Elemente 184 in die Aussparungen 192 wird in den zylindrischen Innenraum des ringförmigen Elements 184, der radial innenseitig durch die innere Hülse 198 gebildet wird, jeweils ein Vorsprung 191 des Motors 1 eingesetzt.
Das schematisch dargestellte Winkelgetriebe 181 ist mit einem ersten Kegelrad 185 mit der Läuferwelle des Motors 1 drehfest verbunden. Das erste Kegelrad 185 ist Teil eines ersten Winkelgetriebes, welches das Antriebsdrehmoment auf ein erstes Zahnrad 187 überträgt, welches wiederum ein zweites Zahnrad 188 antreibt. Das zweite Zahnrad 188 ist drehfest auf einer Abtriebswelle 186 des Winkelgetriebes 181 angeordnet, die über ein kardanisch bewegliches Gelenk 180 das Laufrad 7b antreibt. Der rechte Teil des Laufrades 7b ist in Fig. 20 und Fig. 21 aufgeschnitten dargestellt. Man erkennt auf der aufgeschnitten Seite auch das kardanisch bewegliche Gelenk, welches z.B. als Bogenzahnkupplungshälfte ausgestaltet ist. Die
Bogenzahnkupplungshälfte 180 kann (wie in Fig. 21 dargestellt) über Schrauben 194 und Gewindebohrungen 195 des Laufrades 7b eingeschraubt sein. Alternativ zu einer Bogenzahnkupplung kann beispielsweise eine elastische Bolzenkupplung verwendet werden, die ähnlich wie die kardanisch bewegliche Aufhängung ringförmige
elastische Elemente zur Drehmomentübertragung aufweisen kann.
Aufgrund der ringförmigen elastischen Elementen 184 der Aufhängung 182 besteht in dem dargestellten Fall eine Drehbeweglichkeit des Antriebsmoduls relativ zu der Aufhängung 182 um eine vertikal zur Bildebene der Fig. 20 bzw. Fig. 21 verlaufenden Drehachse (z-Achse) und um eine horizontal und senkrecht zur x-Achse und z-Achse verlaufende zweite Drehachse (y-Achse). Ferner ist eine lineare Beweglichkeit der ringförmigen elastischen Elemente 184 relativ zu den Aussparungen 192 in x- Richtung gegeben. Diese lineare Beweglichkeit in x-Richtung kann auch auf andere Weise erreicht werden, z.B. durch eine entsprechende Relativbeweglichkeit der Vorsprünge 191 des Motors 1 relativ zu den ringförmigen elastischen Elementen 184. Diese Linearbeweglichkeit verhindert, dass Kräfte, die zwischen den Laufrädern 7 und den Fahrschienen als Antriebskräfte oder Bremskräfte wirken, über die kardanisch bewegliche Aufhängung 182 übertragen werden.
Alternativ zu der außenliegenden Konstruktion gemäß Fig. 20, bei der das
Antriebsmodul außerhalb des Drehgestellrahmens 9 angeordnet ist, kann das
Antriebsmodul auch innerhalb des Drehgestellrahmens, d.h. zwischen den
Laufrädern 7a, 7b angeordnet werden. Statt einer Bogenzahnkupplung oder elastischen Bolzenkupplung kann in diesem Fall optional eine Hohlwellenkupplung eingesetzt werden, die ebenfalls eine kardanische Beweglichkeit aufweist.

Claims

Patentansprüche
1 . Antrieb für Schienenfahrzeuge, aufweisend
- einen Antriebsmotor (1 ) mit einem Ständer (22) und einem Läufer (4) und
- zumindest ein vom Antriebsmotor (1 ) angetriebenes Rad (7) oder einen vom Antriebsmotor angetriebenen Radsatz (7a, 7b), das/der beim Betrieb des Schienenfahrzeugs auf den Fahrschienen eines Schienenweges rollt, wobei
- der Ständer (22) des Antriebsmotors (1 ) über eine kardanisch bewegliche
Aufhängung (2, 92) an einem Drehgestell (100) des Schienenfahrzeugs, an einem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs oder an einer mit dem
Drehgestell und/oder dem Wagenkasten verbundenen Konstruktion abgestützt ist und
- der Läufer (4) des Antriebsmotors (1 ) über ein kardanisch bewegliches Gelenk (5, 95) und/oder über eine kardanisch bewegliche Kupplung mit dem Rad (7), mit dem Radsatz (7a, 7b), mit zumindest einem Rad des Radsatzes und/oder mit einer Welle des Radsatzes gekoppelt ist, sodass beim Betrieb des
Schienenfahrzeugs die Antriebskraft des Antriebsmotors (1 ) über das Gelenk (5, 95) und/oder die Kupplung übertragen wird.
2. Antrieb nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Läufer (4) beim Betrieb des Antriebes eine Antriebswelle (19) antreibt, die über ein Getriebe (8) ein Rad des Radsatzes oder eine Radsatzwelle des Radsatzes antreibt.
3. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Läufer (4) beim Betrieb des Antriebes eine Antriebswelle antreibt, wobei das kardanisch bewegliche Gelenk (5) einen ersten Abschnitt (18) der Antriebswelle, der mit dem Läufer (4) verbunden ist, mit einem zweiten Abschnitt (19) der Antriebswelle koppelt, sodass die Rotationsachsen des ersten Abschnitts (18) und des zweiten Abschnitts (19) gegeneinander abgewinkelt verlaufen können.
4. Antrieb nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Rotationsachsen der Antriebswelle (18, 19) quer zur Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs verlaufen.
5. Antrieb nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Gelenk (5) eine axiale
Relativbewegung des ersten Abschnitts (18) und des zweiten Abschnitts (19) in Richtung zumindest einer der Rotationsachsen der Abschnitte erlaubt.
6. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Läufer (4) in Richtung seiner Rotationsachse linear beweglich gelagert ist.
7. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine mit dem Läufer (4) verbundene Antriebswelle (18, 19) an einer ersten Seite des Motors (A-Seite) angeordnet ist und wobei die kardanisch bewegliche Aufhängung (2) am Ständer (22) des Motors (1 )
- an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Motors
(B-Seite) befestigt ist und/oder
- zwischen der ersten und der zweiten Seite des Motors näher an der zweiten Seite des Motors befestigt ist.
8. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die kardanisch
bewegliche Aufhängung zwei langgestreckte Elemente (52a, 52b) aus
elastischem Material aufweist, deren Steifigkeit für Linearbewegungen in Richtung ihrer Längsachse wesentlich größer ist als für Verkrümmungen der Elemente um ihre Längsachse, wobei die beiden langgestreckten Elemente (52a, 52b) mit ihren Längsachsen parallel zueinander angeordnet sind und wobei jeweils mit dem einen Ende des langgestreckten Elements (52a, 52b) in dessen Längsrichtung der Wagenkasten des Schienenfahrzeugs oder die mit dem Drehgestell (9) und/oder dem Wagenkasten verbundene Konstruktion verbunden ist und jeweils mit dem anderen, in der Längsrichtung entgegengesetzten Ende des langgestreckten Elements (52a, 52b) der Läufer (4) des Antriebsmotors (1 ) verbunden ist, so dass aufgrund der Verkrümmungen die kardanisch beweglichen Aufhängung realisiert ist.
9. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die kardanisch bewegliche
Aufhängung (182) zwei ringförmige Elemente (184) aus elastischem Material aufweist, die sich jeweils um eine Achse erstrecken, wobei die Achsen der beiden ringförmigen Elemente (184) parallel zueinander und in einem Abstand
zueinander verlaufen, wobei über die beiden ringförmigen Elemente das
Drehgestell (9) oder der andere Teil der tragenden Konstruktion des Fahrzeugs miteinander verbunden sind, wobei der eine Teil der beiden über die ringförmigen Elemente (184) miteinander verbundenden Teile mit den radial innenliegenden Oberflächen der ringförmigen Elemente (184) verbunden ist und der andere Teil mit der radial außenliegenden Oberfläche der ringförmigen Elemente (184) verbunden ist.
10. Schienenfahrzeug, wobei das Schienenfahrzeug einen Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
1 1. Verfahren zum Herstellen eines Antriebs für ein Schienenfahrzeug, wobei
folgendes bereitgestellt wird:
- ein Antriebsmotor (1 ) mit einem Ständer (22) und einem Läufer (4) und
- zumindest ein vom Antriebsmotor (1 ) angetriebenes Rad (7) oder ein vom
Antriebsmotor angetriebener Radsatz (7a, 7b) , das/der beim Betrieb des Schienenfahrzeugs auf den Fahrschienen eines Schienenweges rollt, wobei
- der Ständer (22) des Antriebsmotors (1 ) über eine kardanisch bewegliche
Aufhängung (2, 92) an einem Drehgestell (100) des Schienenfahrzeugs, an einem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs, oder an einer mit dem
Drehgestell und/oder dem Wagenkasten verbundenen Konstruktion abgestützt wird und - der Läufer (4) des Antriebsmotors (1 ) über ein kardanisch bewegliches Gelenk (5, 95) und/oder über eine kardanisch bewegliche Kupplung mit dem Rad (7), mit dem Radsatz (7a, 7b), mit zumindest einem Rad des Radsatzes und/oder mit einer Welle des Radsatzes gekoppelt wird, sodass beim Betrieb des Schienenfahrzeugs die Antriebskraft des Antriebsmotors (1 ) über das Gelenk (5, 95) und/oder die Kupplung übertragen wird.
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