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Achsantriebseinheit für Schienentriebfahrzeuge, insbesondere für Diesellokomotiven
Die Erfindung bezieht sich auf eine Achsantriebseinheit für Schienentriebfahrzeuge,
insbesondere Diesellokomotiven, mit einem Treibradsatz oder einer vorzugsweise ungeraden
Anzahl von Treibradsätzen, der oder die mit dem Antriebsmotor über ein Geschwindigkeitswechselgetriebe
mit oder ohne Nachschaltgetriebe verbunden ist bzw. sind, wobei der eine Treibradsatz
der Antriebseinheit eine zugleich die Abtriebswelle des Geschwindigkeitswechselgetriebes
bzw. des Nachschaltgetriebes bildende Hohlwelle für einen Hohlwellenantrieb aufweist
und die gegebenenfalls vor und hinter diesem Treibradsatz vorgesehenen und ihn symmetrisch
einschließenden weiteren Treibradsätze unmittelbar und formschlüssig mit dem Hohlwellenantrieb
oder mit dem genannten Treibradsatz verbunden sind.
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Bei diesen bekannten Antriebseinheiten sind als Antriebsmotoren sowohl
Dieselmotoren als auch Elektromotoren vorgesehen, wobei im letzteren Falle oft nur
ein Radsatz angetrieben sein kann. Zwischen der Hohlwelle des mit den Antriebsmotoren
verbundenen und fest im Rahmen gelagerten Getriebes und dem zugehörigen Radsatz
ist mindestens eine aus mehreren hintereinandergeschalteten Gliedern bestehende
elastische Kupplung vorgesehen, die dem lotrechten Federspiel einen möglichst geringen
Widerstand entgegensetzt und Getriebe und Radsatz hinsichtlich des lotrechten Federspiels
weitgehend trennt. Dabei ergibt sich aber bei Verwendung für Diesellokomotiven mit
weicher Federung und großen Betriebsmittelvorräten, insbesondere bei Diesellokomotiven
mit Heizdampfanlagen, ein notwendiges Spiel zwischen der Achswelle und der diese
umgebenden Hohlwelle von solcher Größe, daß eine Überbeanspruchung der zwischen
Radsatz und Hohlwelle vorgesehenen elastischen Kupplungen eintreten kann. Denn bei
Bemessung des Spiels zwischen Achswelle und Hohlwelle ist hierbei nicht nur das
lotrechte Achsspiel, sondern auch das durch den Belastungsunterschied zwischen Dienstgewicht
und Leergewicht gegebene Federspiel voll zu berücksichtigen.
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Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die Achsantriebseinheit
gemäß der eingangs genannten Gattung so zu verbessern, daß sie auch für Lokomotiven
mit weicher Federung und großen Betriebsmittelvorräten vorgesehen werden kann.
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Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, daß der Federweg des den
Hohlwellenantrieb aufweisenden Treibradsatzes auf diesen Hohlwellenantrieb und auf
die Lagerung des Geschwindigkeitswechselgetriebes und/oder Nachschaltgetriebes verteilt
ist, wobei zum Verteilen des Federweges zwischen den Enden der Hohlwelle und dem
jeweils benachbarten Treibrad ein oder mehrere das Gewicht des Getriebes mindestens
teilweise auf dem Treibradsatz abstützende Gummielemente vorgesehen sind und das
die Hohlwelle aufweisende Geschwindigkeitswechselgetriebe und/oder Nachschaltgetriebe
elastisch nachgiebig in dem den Treibradsatz oder die Treibradsätze der Achsantriebseinheit
aufnehmenden Rahmen gelagert ist.
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Es ist zwar seit langem bekannt, bei elektrischen Einzelachsantrieben
mit Tatzlagermotoren diese über Nasen am Gehäuseumfang oder in ihrer querliegenden
Schwerebene elastisch am Rahmen aufzuhängen bzw. über einen Hohlwellenantrieb mit
auf Schub oder Druck beanspruchten Gummielementen mit den zugeordneten Treibrädern
zu verbinden. Keines dieser für sich bekannten Merkmale vermochte jedoch die Aufgabe
der Erfindung zu lösen oder deren Lösung nahezulegen, zumal es sich hier nur um
Einzelachsantriebe mit bekannt robusten elektrischen Fahrmotoren handelt.
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Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ergibt sich eine Achsantriebseinheit,
bei der zwar das Gewicht des oder der zwischen Antriebsmotor und Treibradsatz vorgesehenen
Getriebe(s) teilweise auf der Hohlwelle abgestützt ist, sich aber bis zu Geschwindigkeiten
von etwa 120 km/h keine Schwierigkeiten ergeben, weil das oder die Getriebe keinen
unmittelbaren Stößen von der Radsatzwelle her ausgesetzt sind. Außerdem ist der
Aufbau der Achsantriebseinheit sehr einfach.
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In Weiterentwicklung der Erfindung wird die elastisch nachgiebige
Abstützung des die Hohlwelle aufweisenden Geschwindigkeitswechselgetriebes und/oder
Nachschaltgetriebes
auf dem Rahmen im Bereich der durch den Schwerpunkt der Getriebe verlaufenden Querebene
vorgesehen.
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Durch diese Anordnung ist es möglich, die Masse des Getriebes so auf
den Rahmen und die Hohlwelle, zu verteilen, daß praktisch das gesamte Gewicht des
Getriebes auf dem Rahmen ruht und die Hohlwelle in beliebiger Weise entlastet ist.
Das Spiel zwischen Hohlwelle und zugehöriger Achswelle kann verhältnismäßig klein
gehalten werden. Die Gummielemente des Hohlwellenantriebs können in vorteilhafter
Weise weich ausgebildet werden, da sie auch im ungünstigsten Falle nur einen Bruchteil
des Getriebegewichtes aufnehmen müssen. Die Rückwirkungen der weichen Gummielemente
auf die Achsfederung sind vernachlässigbar klein, so daß praktisch die Wirkung eines
Hohlwellenantriebes mit mehrgliedrigen elastischen Kupplungen erreicht wird.
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Vorteilhaft kann auch die elastische Abstützung des Geschwindigkeitswechselgetriebes
und/oder des Nachschaltgetriebes zwischen seinem der Hohlwelle abgekehrten Ende
und der durch den Schwerpunkt verlaufenden Querebene vorgesehen werden. Damit wird
ohne starke Belastung des Radsatzes mit Sicherheit eine stoßartige, unter Umständen
gefährliche Entlastung vermieden.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt. Es zeigt Abb. 1 einen teilweisen Längsmittelschnitt durch
eine dreiachsige Antriebseinheit, Abb. 2 einen Querschnitt durch die Antriebseinheit
nach Abb. 1 längs der Linie II-II in Abb. 1, Abb. 3 einen Längsmittelschnitt durch
ein ringförmiges Gummielement zwischen Rad und Hohlwelle, Abb. 4 ein anders ausgebildetes
Gummielement zur Verbindung zwischen Rad und Hohlwelle, ebenfalls im Längsmittelschnitt,
Abb. 5 eine Verbindung zwischen Hohlwelle und Rad mittels mehrerer ringförmiger
Gummielemente im Längsmittelschnitt, Abb. 6 die Ansicht eines ringförmigen Gummielementes
zur Abstützung des Getriebes im Rahmen und Abb. 7 einen Längsmittelschnitt durch
ein Abstützelement für das Getriebe mit zwei Gummihohlkegeln. Bei dem Ausführungsbeispiel
nach Abb. 1. und 2 ist ein mechanisches, hydraulisches oder hydraulischmechanisches
Geschwindigkeitswechselgetriebe 1 üblicher Bauart mit einem mechanischen Nachschaltgetriebe
2 zu einer Getriebeeinheit 1, 2 zusammengeflanscht. In dem Gehäuse 3 des Nachschaltgetriebes
2 sind ein bekanntes Kegelradwechselgetriebe 4 und ein Stirnradgetriebe 5, das auch
schaltbar ausgeführt sein kann, vorgesehen. Die Abtriebswelle des Nachschaltgetriebes
2 ist als Hohlwelle 6 ausgebildet und mit einem Tellerrad 7 versehen, mit dem zwei
diametral gegenüberliegende, waagerecht angeordnete Kegelritzel 8 und 9 im Eingriff
stehen. Jedes Kegelritzel 8 und 9 ist mit seiner Welle über eine zweiteilige, teleskopartig
ineinander,-reifende und längenveränderliche Gelenkwelle 10 mit dem KegelritzeI
11 des Achsgetriebes 12 des jeweils benachbarten Treibradsatzes 1.3 einer z. B.
dreiachsigen Antriebseinheit verbunden, von der in der Zeichnung nur zwei Treibradsätze
13 und 14 dargestellt sind. Die Hohlwelle 6 umschließt die Radsatzwelle 15
des in diesem Falle mittleren Radsatzes 14 mit Spiel. Erfindungsgemäß ist jedes
Ende der Hohlwelle 6 mit einem Flansch 16 versehen, an dessen äußerem Umfang ein
zur Hohlwelle 6 koaxialer rohrförmiger Tragbund 17 angebracht ist. Auf jeden Tragbund
17 der Hohlwelle 6 ist ein ringförmiges Gummielement 18 bis 20 aufgeschoben.
Das Gummielement 18 bis 20 besteht aus einem zylindrischen Innenring 18, einem ebenfalls
zylindrischen Außenring 19 und einem zwischen beide Ringe 18. 19 einvulkanisierten
Gummiring 20 mit rechteckigem oder trapezförmigem Querschnitt, wobei in letzterem
Falle die Breite des Ausschnittes am Außenumfang kleiner sein kann als am Innenumfang.
Der Innenring 18 ragt getriebeseitig über den Gummiring 20 hinaus und weist etwa
die Länge des Tragbundes 17 auf. An dem über den Gummiring 20 hinausragenden Teil
ist der Innenring 18 des Gummielementes 18 bis 20 mit dem Tragbund 17 verschraubt.
Der ebenfalls zylindrische Außenring 19 ist gegen das zuliegende Treibrad 21 bzw.
22 des Radsatzes 14 hin mit einem Ringflansch versehen, an dem das Gummielement
18 bis 20 durch Schrauben konzentrisch zur Radsatzwelle 15 mit dem jeweiligen Treibrad
21 bzw. 22 verbunden ist, so daß die Hohlwelle 6 durch die beiden Gummiringe 20
der Gummielemente 18 bis 20 koaxial zur Achswelle 15 des Radsatzes 14 gehalten wird.
Da die Getriebeeinheit 1, 2 auf der Hohlwelle 6 gelagert bzw. die Hohlwelle 6 in
dieser gelagert ist, lastet ein Teil des Getriebegewichtes auf der Hohlwelle 6 und
damit auf dem Radsatz 14. Der andere Teil des Getriebegewichtes wird an dem der
Hohlwelle 6 abliegenden Ende mittels eines oder mehrerer ringförmiger Gummielemente
23 (Abb. 6) auf den Rahmen 24 übertragen. Jedes der Gummielemente 23, die ebenfalls
wieder aus einem zylindrischen metallischen Innen- und Außenring mit vulkanisiertem
Gummiring bestehen, ist mit seiner Innenhülse auf jeweils einem an der freien Stirnseite
des Geschwindigkeitswechselgetriebes 1 angeschraubten Zapfen 25 und mit seinem Außenring
im Rahmen 24 der Lokomotive gelagert. Da bei dieser Anordnung etwa die Hälfte des
Getriebegewichtes auf der Hohlwelle 6 aufliegt, müssen die Gummielemente 18 bis
20 zwischen Hohlwelle 6 und Rädern 21 und 22 entsprechend dem abzustützenden Gewicht
hart gewählt werden.
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Um eine weichere Federung zwischen Hohlwelle 6 und Treibrädern 21
und 22 verwenden zu können, ist es notwendig, das auf der Hohlwelle 6 abzustützende
Gewicht der Getriebeeinheit 1, 2 zu vermindern. Hierzu muß die Abstützung der Getriebeeinheit
1, 2 nicht an dem der Hohlwelle 6 abliegenden Ende der Getriebeeinheit, sondern
im Bereich der durch den Schwerpunkt des mit der Hohlwelle verbundenen Getriebes,
im Beispielsfalle der Getriebeeinheit 1, 2 gehenden gemeinsamen Querebene Y erfolgen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 1 sind zur Abstützung der Getriebeinheit 1,
2 zwei symmetrisch zur lotrechten Längsmittelebene der Getriebeeinheit 1, 2 angeordnete
Abstützelemente 26 (Abb. 7) - in Abb. 1 gestrichelt dargestellt - mit jeweils zwei
Gummihohlkegeln 27 vorgesehen, die einerseits etwas außerhalb der lotrechten Getriebelängsmittelebene
liegen, andererseits aber in der durch den Schwerpunkt verlaufenden gemeinsamen
Querebene Y an den lotrechten Seitenflächen des Geschwindigkeitswechselgetriebes
1 und andererseits am Rahmen 24 befestigt sind. Jedes Abstützelement 26 weist zwei
kegeltopfförmige und zwei kegelstumpfförmige Ab-
Stützkörper 28
und 29 auf, zwischen denen jeweils die Gummihohlkegel 27 angeordnet sind. Die beiden
kegelstumpfförmigen Abstützkörper 29 sind an ihren einander zugewandten größeren
Stirnflächen miteinander vereinigt und am Rahmen 24 befestigt, während die beiden
kegeltopfförmigen Abstützkörper 28 die kegelstumpfförmigen Abstützkörper 29 mit
den Gummihohlkegeln 27 umfassen und durch einen durchgehenden auch zum Vorspannen
der AbstÜtzelemente 26 dienenden Zuganker 30 miteinander verbunden sind. Ein kegeltopfförmiger
Abstützkörper 28 ist mit einem Anschraubflansch 31 zum Befestigen am Geschwindigkeitswechselgetriebe
1 oder Nachschaltgetriebe 2 versehen.
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In gleicher Weise wie die Abstützkörper 26 mit Gummihohlkegeln 27
können zum Abstützen der Getriebeeinheit 1, 2 oder deren Teile auch die ringförmigen
Gummielemente 23 gemäß Abb. 6 vorgesehen werden, deren Befestigungszapfen 25 waagerecht
und gleichachsig sowie symmetrisch zur lotrechten Längsmittelebene des Geschwindigkeitswechselgetriebes
1 und des Nachschaltgetriebes 2 an den Seitenflächen der Getriebeeinheit 1, 2 im
Bereich der Querebene Y durch den Schwerpunkt angeordnet sein müssen, so daß beim
Durchfedern des mittleren Radsatzes 14 die Hohlwelle 6 mit der Getriebeeinheit 1,
2 um die Zapfenachse schwenkbar ist.
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Selbstverständlich können zur Getriebeabstützung im Rahmen 24 auch
andere bekannte Gummielemente, wie z. B. Gummimetallblöcke, Silentblocs mit Lenkern
od. dgl., vorgesehen werden.
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Bei einer lotrechten Belastung des mittleren Radsatzes 14 beim Ausführungsbeispiel
gemäß Abb. 1 werden die zwischen Hohlwelle 6 und Rädern 21 und 22 vorgesehenen ringförmigen
Gummielemente 18 bis 20 auf Druck und Schub beansprucht. Dadurch ergibt sich eine
verhältnismäßig harte Charakteristik. Soll ein weicher wirkendes Gummielement verwendet
werden, so ist dafür das Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 vorgesehen. Hierbei ist
als Gummielement 32, 33 ebenfalls wieder ein Gummiring 32 mit rechteckigem oder
trapezförmigem Querschnitt vorgesehen, an dessen Stirnseiten jeweils ein Metallring
33 anvulkanisiert ist. Bei trapezförmigem Querschnitt verjüngt sich dieser zur Fahrzeugmitte
hin. Der dem Nachschaltgetriebe 2 zugekehrte Metallring 33 ist mit einem am Ende
der Hohlwelle 6 angebrachten Flansch 16 und der dem benachbarten Rad 21 oder 22
zugekehrte Metallring 33 mit der zuliegenden Stirnfläche desselben fest verschraubt
derart, daß die Hohlwelle 6 im Ruhezustand ebenfalls koaxial zur Radsatzwelle 15
des mittleren Radsatzes 14 liegt.
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Sowohl die Gummielemente 18 bis 20 zwischen der Hohlwelle 6 und den
Treibrädern 21 und 22 gemäß Abb. 1 und 2 als auch die Gummielemente 32, 33 gemäß
Abb. 3 stellen bei gleichen Abmessungen und auch sonst gleichen Bedingungen den
jeweiligen Ertremfall an harter bzw. weicher Federung dar.
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Um auch dem Zwischenbereich zwischen diesen beiden Ertremfällen Rechnung
zu tragen, ist das Ausführungsbeispiel nach Abb. 4 vorgesehen. Hierbei ist der Gummiring
34 zwischen zwei winkelförmigen Ringen 35 und 36 einvulkanisiert oder eingeklebt,
deren Winkelräume einander zugekehrt sind. Die Winkelringe 35 und 36 weisen unterschiedlichen
Durchmesser auf und können axial gegeneinander versetzt sein. Der von einem Steg
jedes Winkelringes 35 und 36 gebildete Ring ist koaxial zur Radsatzwelle 15 angeordnet,
während der vom zweiten Steg gebildete Ring in einer senkrecht zur Achswelle 15
stehenden Ebene liegt. Hierbei bilden die senkrecht stehenden Ringe die beiden seitlichen
Stirnflächen des Gummielementes 34 bis 36 und die beiden koaxial liegenden Ringe
dessen Außen- bzw. Innenfläche. Ein Winkelring 36 jedes Gummielementes 34 bis 36
ist dabei wieder mit einem Flansch 16 der Hohlwelle 6 und der andere Winkelring
35 mit dem zugehörigen Rad 21 bzw. 22 des mittleren Ratsatzes 14 z. B. durch Schrauben
verbunden, derart, daß auch hierbei wiederum die Hohlwelle 6 im Ruhezustand koaxial
zur Radsatzwelle 15 des mittleren Radsatzes 14 verläuft.
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Zur Erleichterung der Montage ist es ohne weiteres möglich, die ringförmigen
Gummielemente 18 bis 20, 32 und 33 und 34 bis 36, wie bekannt, in einer oder mehreren
ihrer Längsmittelebenen zu teilen.
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Es ist auch ohne weiteres möglich, an Stelle der beiden zwischen Hohlwelle
6 und Treibrädern 21 und 22 vorgesehenen ein oder mehrteiligen ringförmigen Gummielemente
18 bis 20, 32 und 33 und 34 bis 36 mehrere in an sich bekannter Weise gleichmäßig
um die Radsatzwelle 15 verteilte bekannte Gummihülsenfedern 37 vorzusehen (Abb.
5). Hierbei können z. B: deren Außenhülsen mit dem jeweiligen Flansch 16 der Hohlwelle
6 und deren Innenhülsen mit dem jeweils benachbarten Treibrad 21 oder 22, beispielsweise
bei Parallelanordnung zur Radsatzwelle 15 mittels Zapfen 38, verbunden werden. Die
Achsen der Gummihülsenfedern 37 können aber auch in ebenfalls an sich bekannter
Weise für jede Achsantriebseinheit radial oder tangential angeordnet sein. Auch
andere bekannte Gummielemente, wie Gummimetallblöcke, Gummihohlkegel od. dgl., können
zum Verbinden der Hohlwelle 6 mit den Treibrädern 21 und 22 vorgesehen sein.
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Anspruch 1 schützt ausschließlich die Gesamtkombination seiner sämtlichen
Merkmale. Die Ansprüche 2 bis 4 und 7 sind echte Unteransprüche und gelten nur in
Verbindung mit Anspruch 1.