Drehgestell mit auf den Lagerungen gelagertem Radsatzantrieb

Abstract

 Ein Drehgestell (6) weist einen Fahrwerkrahmen (7) auf. Der Fahrwerkrahmen (7) ist über eine erste Federeinrichtung (7a) federnd an Lagerungen (7b) gelagert. In den Lagerungen (7b) ist eine Radsatzwelle (8) eines Radsatzes gelagert. Ein Radsatzantrieb (9) umgibt die Radsatzwelle (8) konzentrisch. Er wirkt auf die Radsatzwelle (8). Der Radsatzantrieb (9) ist mittels einer dem Radsatzantrieb (9) proprietär zugeordneten zweiten Federeinrichtung (16) auf den Lagerungen (7b) gefedert gelagert. Zwischen dem Radsatzantrieb (9) und der Radsatzwelle (8) ist eine Zweiebenenkupplung (15) angeordnet.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drehgestell,

• wobei das Drehgestell einen Fahrwerkrahmen aufweist,
• wobei der Fahrwerkrahmen über eine erste Federeinrichtung federnd an Lagerungen gelagert ist,
• wobei in den Lagerungen eine Radsatzwelle eines Radsatzes gelagert ist,
• wobei ein Radsatzantrieb die Radsatzwelle konzentrisch umgibt und auf die Radsatzwelle wirkt.

[0002] Ein derartiges Drehgestell ist beispielsweise aus der EP 0 918 676 B1 bekannt. Bei diesem Drehgestell ist der Radsatzantrieb direkt auf der Radsatzwelle gelagert. An der vom Getriebe abgewandten Seite ist eine elastische Lagerung realisiert. An der dem Getriebe zugewandten Seite ist eine Verbindung mit einer Kupplung realisiert, die ihrerseits mittels elastischer Elemente gegen die Radsatzwelle abgestützt ist.

[0003] Antriebe für Schienenfahrzeuge sind in den verschiedensten Ausgestaltungen bekannt. So ist beispielsweise unter der Bezeichnung INTRA ICE ein Direktantrieb bekannt, bei dem der Radsatzantrieb die Radsatzwelle konzentrisch umgibt und direkt auf die Radsatzwelle wirkt. Weiterhin ist beispielsweise für Straßenbahnen und dergleichen ein Radnabenantrieb mit integriertem Planetengetriebe bekannt, bei welchem der Antrieb direkt in das Laufrad des Schienenfahrzeugs integriert ist.

[0004] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Drehgestell der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass ein Drehgestell geschaffen wird, dessen Antrieb mittels einer einfachen, zuverlässigen, praktisch wartungsfreien und montagefreundlichen Konstruktion auf die Radsatzwelle wirkt, wobei dennoch die ungefederten Massen gering gehalten werden. Die Aufgabe wird durch ein Drehgestell mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Drehgestells sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 9.

[0005] Erfindungsgemäß wird ein Drehgestell der eingangs genannten Art dadurch ausgestaltet,

• dass der Radsatzantrieb mittels einer dem Radsatzantrieb proprietär zugeordneten zweiten Federeinrichtung auf den Lagerungen gefedert gelagert ist und
• dass zwischen dem Radsatzantrieb und der Radsatzwelle eine Zweiebenenkupplung angeordnet ist.

[0006] Vorzugsweise ist die Zweiebenenkupplung als Doppelzahnkupplung ausgebildet. Dadurch kann der Platzbedarf für die Zweiebenenkupplung minimal gehalten werden.

[0007] An voneinander beabstandeten Enden der Radsatzwelle sind Laufräder des Radsatzes angeordnet. Der Raumbedarf des Drehgestells kann weiter dadurch minimiert werden, dass die Lagerungen zwischen den Rädern des Radsatzes angeordnet sind.

[0008] Die zweite Federeinrichtung kann als Gruppe von Pufferelementen aus dauerelastischem Material ("Gummipuffer") ausgebildet sein. Diese Ausgestaltung ist besonders kostengünstig und wartungsarm. Alternativ kanndie zweite Federeinrichtung als Gruppe von Schraubenfedern ausgebildet sein. Mittels derartiger Federeinrichtungen kann insbesondere auf einfache Weise ein großer Federweg realisiert werden. Zusätzlich zur Federung ist vorzugsweise auch eine Dämpfung realisiert. Es ist möglich, dass die zweite Federeinrichtung selbst bereits dämpfend wirkt. Alternativ können eigenständige Dämpfungselemente vorhanden sein.

[0009] Es ist möglich, dass der Radsatzantrieb ohne Zwischenordnung eines Getriebes auf die Radsatzwelle wirkt. Alternativ kann ein Getriebe vorhanden sein. In diesem Fall wirkt der Radsatzantrieb über das Getriebe auf die Radsatzwelle. Das Getriebe ist in diesem Fall zwischen dem Radsatzantrieb und der Zweiebenenkupplung angeordnet.

[0010] Das Getriebe kann im Falle seines Vorhandenseins nach Bedarf ausgebildet sein. In der Praxis hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Getriebe als Planetengetriebe ausgebildet ist. In diesem Fall kann insbesondere das Planetengetriebe ein drehfest auf einer Rotorwelle des Radsatzantriebs angeordnetes hohlgebohrtes Sonnenrad aufweisen. Die Radsatzwelle ist in diesem Fall vorzugsweise über die Zweiebenenkupplung drehfest mit einem Planetenträger des Planetengetriebes verbunden.

[0011] Der Radsatzantrieb wird mittels Traktionsstromrichtern an eine elektrische Versorgung angeschaltet. Im Stand der Technik sind die Traktionsstromrichter üblicherweise auf dem Dach des Wagenkastens des Schienenfahrzeugs angeordnet. In manchen Fällen sind sie unterflur zwischen den Drehgestellen des Schienenfahrzeugs angeordnet. Aufgrund des kompakten Aufbaus des Radsatzantriebs des Drehgestells der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass die entsprechenden Traktionsstromrichter auf dem Drehgestell selbst angeordnet sind. Dadurch wird erreicht, dass die Traktionsstromrichter zu einem Teil eines kompakten, autarken Drehgestells mit einer einfachen Schnittstelle zum Wagenkasten hin werden.

[0012] Im einfachsten Fall sind die Traktionsstromrichter direkt am Fahrwerkrahmen angeordnet. In diesem Fall sind sie ausschließlich über die erste Federeinrichtung (sogenannte Primärfederung) gefedert. Dadurch sind sie im Betrieb erhöhten Schwingungs- und Schockbelastungen ausgesetzt. Um derartige erhöhte Schwingungs- und Schockbelastungen vom Wagenkasten fernzuhalten, ist in der Regel am Fahrwerkrahmen ein über eine dritte Federeinrichtung relativ zum Fahrwerkrahmen gefederter Wagenkastenträger gelagert. Diese Federung wird in der Praxis meist als Sekundärfederung bezeichnet. Über den Wagenkastenträger ist der Wagenkasten selbst mit dem Drehgestell verbunden. In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Traktionsstromrichter an einer Unterseite des Wagenkastenträgers angeordnet. Dadurch kann das Drehgestell (einschließlich der am Drehgestell angeordneten Stromrichter) weiterhin kompakt und autark gehalten werden. Auch die einfache Schnittstelle zum Wagenkasten hin kann beibehalten werden. Durch die Anordnung der Stromrichter am Wagenkastenträger werden die Schwingungs- und Schockbelastungen jedoch auf das Maß (oder darunter) reduziert, dem sie auch bei einer konventionellen Anordnung - d.h. auf dem Dach des Schienenfahrzeugs oder unterflur zwischen den Drehgestellen - ausgesetzt wären.

[0013] Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung:

FIG 1

ein Schienenfahrzeug,

FIG 2

ein Drehgestell von der Seite,

FIG 3

das Drehgestell von FIG 2 von oben,

FIG 4

einen Schnitt durch das Drehgestell der FIG 2 und 3 längs einer in FIG 2 mit IV-IV bezeichneten Linie,

FIG 5

eine zu FIG 4 alternative Ausgestaltung und

FIG 6

einen Schnitt durch das Drehgestell der FIG 2 und 3 längs einer in den FIG 2 und 3 mit VI-VI bezeichneten Linie.

[0014] Gemäß FIG 1 rollt ein Schienenfahrzeug 1 mit Rädern 2 auf Schienen 3. Das Schienenfahrzeug 1 ist elektrisch angetrieben. Es entnimmt aus einer Oberleitung 4 mittels eines Stromabnehmers 5 elektrischen Strom. Alternativ ist beispielsweise eine Versorgung über eine dritte Schiene, einen auf dem Schienenfahrzeug 1 angeordneten Energiespeicher oder eine auf dem Schienenfahrzeug 1 angeordnete Verbrennungskraftmaschine möglich.

[0015] Das Schienenfahrzeug 1 weist mehrere - in der Regel zwei - Drehgestelle 6 auf. Die Ausgestaltung der Drehgestelle 6 ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Nachfolgend wird in Verbindung mit den FIG 2 bis 4 die Ausgestaltung eines der Drehgestelle 6 näher erläutert. Die anderen Drehgestelle 6 können ebenso ausgebildet sein.

[0016] Gemäß den FIG 2 bis 4 weist das Drehgestell 6 einen Fahrwerkrahmen 7 auf. Der Fahrwerkrahmen 7 ist über eine erste Federeinrichtung 7a (Primärfederung) federnd an Lagerungen 7b gelagert. In den Lagerungen 7b ist eine Radsatzwelle 8 eines Radsatzes gelagert. Ein Radsatz besteht, wie allgemein üblich, aus der Radsatzwelle 8 und den beiden an den beiden Enden der Radsatzwelle 8 mit der Radsatzwelle 8 drehfest verbundenen Rädern 2. Vorzugsweise sind entsprechend der Darstellung in den FIG 2 bis 4 die Lagerungen 7b zwischen den Rädern 2 des Radsatzes angeordnet. Meist sind an dem Drehgestell 6 mehrere Radsätze gelagert, beispielsweise zwei oder in Einzelfällen auch drei Radsätze. Die Anzahl an Radsätzen pro Drehgestell 6 ist jedoch von untergeordneter Bedeutung.

[0017] Die Radsatzwelle 8 ist mit einem Radsatzantrieb 9 versehen, der - siehe FIG 4 - die Radsatzwelle 8 konzentrisch umgibt. Der Radsatzantrieb 9 weist eine Rotorwelle 10 auf, die im Radsatzantrieb 9 in Antriebslagern 11 drehbar gelagert ist. Die Rotorwelle 10 ist gemäß den FIG 2 bis 4 mit einer Eingangswelle 12 eines Getriebes 13 drehfest verbunden. Eine Ausgangswelle 14 des Getriebes 13 wirkt über eine Zweiebenenkupplung 15 auf die Radsatzwelle 8. Alternativ könnte das Getriebe 13 entfallen. In diesem Fall wäre die Rotorwelle 10 direkt mit der Zweiebenenkupplung 15 verbunden.

[0018] Der Radsatzantrieb 9 kann als solches nach Bedarf ausgebildet sein. Er kann beispielsweise als - insbesondere höherpolige - Synchronmaschine mit permanentmagnetischer Erregung und Radialflussausführung ausgebildet sein. Alternativ sind jedoch auch andere Gestaltungen möglich wie beispielsweise Asynchronmaschinen, Reluktanzmaschinen (mit oder ohne permanentmagnetische Erregung) und andere mehr. Die Kühlung des Radsatzantriebs 9 kann nach Bedarf als Wassermantelkühlung, als Luftkühlung, als Fahrtwindkühlung usw. ausgebildet sein.

[0019] Der Radsatzantrieb 9 ist relativ zur Radsatzwelle 8 sowohl axial als auch radial beweglich angeordnet. Auch eine Winkelbewegung, also ein Verkippen des Radsatzantriebs 9 relativ zur Radsatzwelle 8, ist möglich. Der Radsatzantrieb 9 ist zu diesem Zweck mittels einer zweiten Federeinrichtung 16 auf den Lagerungen 7b gefedert gelagert. Die zweite Federeinrichtung 16 kann beispielsweise entsprechend der Darstellung in FIG 4 als Gruppe von Pufferelementen 17 ausgebildet sein, wobei die Pufferelemente 17 aus dauerelastischem Material bestehen. Das dauerelastische Material kann beispielsweise ein Metall-Gummi-Gemisch sein. Alternativ kann die zweite Federeinrichtung 16 entsprechend der Darstellung in FIG 5 als Gruppe von Schraubenfedern 18 ausgebildet sein.

[0020] Das Getriebe 13 kann beispielsweise als Planetengetriebe ausgebildet sein. In diesem Fall weist das Getriebe 13 ein Sonnenrad 19, mehrere Planetenräder 20 und ein Hohlrad 21 auf. Das Sonnenrad 19 ist vorzugsweise hohlgebohrt und drehfest auf der Rotorwelle 10 angeordnet. Das Sonnenrad 19 entspricht der Eingangswelle 12. Das Hohlrad 21 ist vorzugsweise drehfest am Radsatzantrieb 9 angeordnet. Die Planetenräder 20 sind auf einem Planetenträger 22 angeordnet. Der Planetenträger 22 entspricht vorzugsweise der Ausgangswelle 14. Die Radsatzwelle 8 ist im Falle dieser Ausgestaltung über die Zweiebenenkupplung 15 drehfest mit dem Planetenträger 22 des Planetengetriebes 13 verbunden.

[0021] Die Zweiebenenkupplung 15 ist in der Lage, sowohl radiale Verschiebungen als auch axiale Verschiebungen als auch Verkippungen des Radsatzantriebs 9 relativ zu einer Rotationsachse 23 der Radsatzwelle 8 auszugleichen. Vorzugsweise ist die Zweiebenenkupplung 15 zu diesem Zweck als Doppelzahnkupplung ausgebildet. Doppelzahnkupplungen sind Fachleuten als solche bekannt und müssen daher nicht näher erläutert werden. Das obenstehend erläuterte Drehgestell 6 baut sehr kompakt. Insbesondere ist es in der beschriebenen Ausführungsform mit Getriebe 13 möglich, dass das Getriebe 13 in Richtung der Rotationsachse 23 gesehen nur ca. 20 % bis ca. 35 % des insgesamt für den Antrieb der Radsatzwelle 8 verfügbaren Bauraums benötigt. Für den eigentlichen Radsatzantrieb 9 stehen damit die verbleibenden ca. 65 % bis ca. 80 % des Bauraums zur Verfügung. Der Radsatzantrieb 9 kann daher - verglichen mit einem Direktantrieb, bei dem kein Getriebe vorhanden ist - ca. 65 % bis ca. 80 % von dessen Drehmoment aufbringen. Mittels des Getriebes 13 ist jedoch eine relativ hohe Untersetzung erreichbar, beispielsweise von ca. 3:1. Das insbesondere beim Anfahren benötigte effektive Drehmoment kann daher bei ca. 200 % bis ca. 250 % des Drehmoments liegen, das mittels eines den gleichen Bauraum wie der Radsatzantrieb 9 einschließlich Getriebe 13 benötigenden Direktantriebs auf die Radsatzwelle 8 ausgeübt werden könnte.

[0022] Weiterhin benötigt der Radsatzantrieb 9 des erfindungsgemäßen Drehgestells 6 auch in Fahrtrichtung gesehen nur einen relativ geringen Bauraum. Es ist daher - verglichen mit konventionellen Drehgestellen 6 - alternativ eine Verkürzung des Drehgestells 6 oder eine Ausnutzung des nicht beanspruchten Bauraums für andere Zwecke möglich. Insbesondere ist es entsprechend der Darstellung in FIG 6 möglich, in diesem Bauraum und damit insbesondere auf dem Drehgestell 6 selbst Traktionsstromrichter 25 anzuordnen. Mittels der Traktionsstromrichter 25 wird der Radsatzantrieb 9 im Betrieb an eine elektrische Versorgung angeschaltet, beispielsweise die bereits erwähnte Oberleitung 4.

[0023] Prinzipiell ist es möglich, die Traktionsstromrichter 25 direkt auf dem Fahrwerkrahmen 7 anzuordnen. In diesem Fall wären die Traktionsstromrichter 25 nahezu ungefedert bzw. nur primärgefedert. Am Fahrwerkrahmen 7 ist jedoch über eine dritte Federeinrichtung 26 (Sekundärfederung) ein Wagenkastenträger 27 gelagert. Der Wagenkastenträger 27 ist bei am Schienenfahrzeug 1 montiertem Drehgestell 6 fest mit einem Wagenkasten 28 (siehe FIG 1) des Schienenfahrzeugs 1 verbunden. Der Wagenkastenträger 27 kann entsprechend der Darstellung in den FIG 3 und 6 beispielsweise als Traverse ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die Traktionsstromrichter 25 entsprechend der Darstellung in FIG 6 an einer Unterseite 29 des Wagenkastenträgers 27 angeordnet.

[0024] Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere kann auf einfache Weise ein integrierter, kompakt bauender konzentrischer Radsatzantrieb 9 mit oder ohne Getriebe 13 realisiert werden. Das erfindungsgemäße Drehgestell 6 ermöglicht mit Getriebe ein hohes Anfahr- und Bremsdrehmoment. Es ist besonders für Schienenfahrzeuge 1 geeignet, die des Öfteren anfahren und anhalten müssen wie beispielsweise Schienenfahrzeuge 1 im öffentlichen Personennahverkehr. Weiterhin ist es möglich, auch die Traktionsstromrichter 25 mit in das Drehgestell 6 zu integrieren. Durch diese Ausgestaltung wird weiterhin auch im Unterflurbereich Raum frei, der anderweitig genutzt werden kann.

[0025] Zusammengefasst betrifft die vorliegende Erfindung also folgenden Sachverhalt:

Ein Drehgestell 6 weist einen Fahrwerkrahmen 7 auf. Der Fahrwerkrahmen 7 ist über eine erste Federeinrichtung 7a federnd an Lagerungen 7b gelagert. In den Lagerungen 7b ist eine Radsatzwelle 8 eines Radsatzes gelagert. Ein Radsatzantrieb 9 umgibt die Radsatzwelle 8 konzentrisch. Er wirkt auf die Radsatzwelle 8. Der Radsatzantrieb 9 ist mittels einer dem Radsatzantrieb 9 proprietär zugeordneten zweiten Federeinrichtung 16 auf den Lagerungen 7b gefedert gelagert. Zwischen dem Radsatzantrieb 9 und der Radsatzwelle 8 ist eine Zweiebenenkupplung 15 angeordnet.

[0026] Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Ansprüche

1. Drehgestell,

- wobei das Drehgestell einen Fahrwerkrahmen (7) aufweist,

- wobei der Fahrwerkrahmen (7) über eine erste Federeinrichtung (7a) federnd an Lagerungen (7b) gelagert ist,

- wobei in den Lagerungen (7b) eine Radsatzwelle (8) eines Radsatzes gelagert ist,

- wobei ein Radsatzantrieb (9) die Radsatzwelle (8) konzentrisch umgibt und auf die Radsatzwelle (8) wirkt,

- wobei der Radsatzantrieb (9) mittels einer dem Radsatzantrieb (9) proprietär zugeordneten zweiten Federeinrichtung (16) auf den Lagerungen (7b) gefedert gelagert ist und

- wobei zwischen dem Radsatzantrieb (9) und der Radsatzwelle (8) eine Zweiebenenkupplung (15) angeordnet ist.

2. Drehgestell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zweiebenenkupplung (15) als Doppelzahnkupplung ausgebildet ist.

3. Drehgestell nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an voneinander beabstandeten Enden der Radsatzwelle (8) Räder (2) des Radsatzes angeordnet sind und dass die Lagerungen (7b) zwischen den Rädern (2) des Radsatzes angeordnet sind.

4. Drehgestell nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Federeinrichtung (16) als Gruppe von Pufferelementen (17) aus dauerelastischem Material oder als Gruppe von Schraubenfedern (18) ausgebildet ist.

5. Drehgestell nach einem der obigen Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass der Radsatzantrieb (9) über ein zwischen dem Radsatzantrieb (9) und der Zweiebenenkupplung (15) angeordnetes Getriebe (13) auf die Radsatzwelle (8) wirkt.

6. Drehgestell nach Anspruch 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Getriebe (13) als Planetengetriebe ausgebildet ist.

7. Drehgestell nach Anspruch 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Planetengetriebe (13) ein drehfest auf einer Rotorwelle (10) des Radsatzantriebs (9) angeordnetes hohlgebohrtes Sonnenrad (19) aufweist und dass die Radsatzwelle (8) über die Zweiebenenkupplung (15) drehfest mit einem Planetenträger (22) des Planetengetriebes (13) verbunden ist.

8. Drehgestell nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Traktionsstromrichter (25), mittels derer der Radsatzantrieb (9) an eine elektrische Versorgung (4) angeschaltet wird, auf dem Drehgestell selbst angeordnet sind.

9. Drehgestell nach Anspruch 8, dadurch ge- kennzeichnet, dass am Fahrwerkrahmen (7) ein über eine dritte Federeinrichtung (26) relativ zum Fahrwerkrahmen (7) gefederter Wagenkastenträger (27) gelagert ist und dass die Traktionsstromrichter (25) an einer Unterseite (28) des Wagenkastenträgers (27) angeordnet sind.

Zeichnung