(19)
(11) EP 0 307 770 B1

(12) EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT

(45) Hinweis auf die Patenterteilung:
02.06.1993  Patentblatt  1993/22

(21) Anmeldenummer: 88114564.3

(22) Anmeldetag:  07.09.1988
(51) Internationale Patentklassifikation (IPC)5B61C 15/14, B61F 5/38

(54)

Vorrichtung zur Lenkmoment-Kompensation

Steering moment compensation device

Dispositif de compensation d'un couple de guidage


(84) Benannte Vertragsstaaten:
AT CH DE ES FR GB IT LI NL SE

(30) Priorität: 15.09.1987 DE 3730936

(43) Veröffentlichungstag der Anmeldung:
22.03.1989  Patentblatt  1989/12

(73) Patentinhaber:
  • Bergische Stahl-Industrie
    D-42859 Remscheid (DE)
  • DUEWAG AKTIENGESELLSCHAFT
    47829 Krefeld (DE)

(72) Erfinder:
  • Frederich, Fritz, Prof. Dr.-Ing.
    D-4150 Krefeld 1 (DE)
  • Potthoff, Heinrich, Dr.-Ing.
    D-4320 Hattingen (DE)
  • Kunnen, Josef, Ing.
    D-4005 Meerbusch 3 (DE)
  • Brand, Werner, Dipl.-Ing.
    D-5090 Leverkusen 3 (DE)

(74) Vertreter: Jung, Hermann L., Dipl.-Chem. 
Patentanwalt Postfach 17 28
61287 Bad Homburg v.d.H.
61287 Bad Homburg v.d.H. (DE)


(56) Entgegenhaltungen: : 
DE-A- 3 541 732
FR-A- 574 272
   
       
    Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen).


    Beschreibung

    Beschreibung



    [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kompensation unerwünschter Lenkmomente an angetriebenen oder gebremsten, einzeln aufgehängten Rädern von insbesondere Schienenfahr-Zeuge, wobei
    • dem jeweiligen Rad ein der an seinem Umfang als Antriebs- oder Bremskraft wirksamen Radumfangskraft proportionales, durch Radumfangskraft und Lenkrollhalbmesser des betreffenden Rades bestimmtes und dem Lenkmoment entgegengerichtetes Wendemoment von außen aufgeprägt wird,
    • die Übertragung der Antriebs- und Bremsmomente über ein in einer Hohlnabe des Rades angeordnetes Planetengetriebe erfolgt,
    • die Hohlnabe über ein oder mehrere Wälzlager auf einem um Lenkzapfen einer Achsbrücke schwenkbaren Achsschenkel gelagert ist,
    • zwischen der Achsbrücke und einem als Reaktionsteil abzustützenden Hohlrad des Planetengetriebes eine in beiden Drehrichtungen wirksame, gelenkige Drehmomentabstützung angeordnet ist.


    [0002] Aus der EP-A-0 135 877 (Fig. 2) sind bei einem Schienenfahrzeug einzeln aufgehängte, lenkbare Räder bekannt, wobei zwischen dem Berührpunkt des jeweiligen Rades mit der Schiene und der fahrzeugseitigen Achse, um die das Rad lenkbar ist, ein Querabstand (Lenkrollhalbmesser) besteht. Falls ein solches Rad angetrieben oder gebremst wird, entstehen Umfangskräfte am Rad und daraus Längskräfte zwischen Rad und Schiene. Aus diesen Längskräften und dem vorgenannten Lenkrollhalbmesser resultierende Lenkmomente für das Rad sind vor allem dann unerwünscht, wenn - wie bei EP-A-0 135 877 - die Räder bei Kurvenfahrt allein durch ihren Anlauf an der gebogenen Schiene gelenkt werden sollen. Um solche Lenkmomente nicht wirksam werden zu lassen, ist es üblich, quer zur Fahrtrichtung gegenüberliegende Räder durch eine Spurstange miteinander zu verbinden. Wenn die Lenkmomente an gegenüberliegenden Rädern jedoch ungleich groß sind, gelingt deren Ausschaltung mit Hilfe von Spurstangen nur teilweise.

    [0003] Durch eine Vorrichtung mit den eingangs genannten gattungsgemäßen Merkmalen, die aufgrund der DE-A-3 541 732 zum Stand der Technik gehören, ist eine bei jeder Umfangskraft wirksame Kompensation des Lenkmomentes zu erreichen. Die Antriebs- und Bremsmomente werden über ein Getriebe auf das Rad übertragen, wobei das am Getriebe unvermeidliche Stützmoment dem jeweiligen Antriebs- oder Bremsmoment und der entstehenden Radumfangskraft proportional und daher zur Aufhebung des Lenkmomentes bestens geeignet ist. Es können also keine aus Radumfangkräften resultierende frei Lenkmomente, welche unerwünschte Lenkbewegungen an angetriebenen oder gebremsten Rädern einleiten, entstehen. Bei der Vorrichtung nach DE-A-3 541 732 sind insbesondere die Lagerung des als Reaktionsteil abzustützenden Hohlrades innerhalb des Getriebes und das mehrteilige Hebelwerk für die Drehmomentabstützung als nachteilig anzusehen, weil dadurch der bauliche Aufwand erheblich ist und zuviel Platz benötigt wird.

    [0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art in ihrem Aufbau zu vereinfachen und im Hinblick auf einen möglichst geringen Raumbedarf derart kompakt zu gestalten, daß eine Verwendung auch bei Rädern kleineren Durchmessers möglich ist.

    [0005] Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale dadurch gelöst, daß das Hohlrad des Planetengetriebes mit Wälzlagern in der Hohlnabe des Rades gelagert ist und die Drehmomentabstützung aus einer Gabel sowie einem Hebel besteht, der einen von der Gabel umgriffenen Kugelkopf aufweist, wobei einer dieser Teile - Gabel oder Hebel - an dem Hohlrad des Planetengetriebes und der andere Teil an der Achsbrücke befestigt ist.

    [0006] Eine alternative erfindungsgemäße Lösung der zugrundeliegenden Aufgabe besteht nach dem Kennzeichenteil des Anspruches 2 darin, daß das Hohlrad des Planetengetriebes mit Wälzlagern in der Hohlnabe des Rades gelagert ist und die Drehmomentabstützung eine Kegelradverzahnung besitzt, bei der das eine Kegelrad bzw. ein Segment davon mit dem Hohlrad und das andere Kegelrad bzw. ein Segment davon mit der Achsbrücke verbunden ist.

    [0007] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die beiden senkrecht zur Radachse stehenden Lenkzapfen für den Achsschenkel in einer zwischen der Lagergruppe des Hohlrades und der Lagergruppe des Achsschenkels liegenden Ebene angeordnet sind.

    [0008] Die Vorteile der Erfindung liegen vor allem darin, daß die Vorrichtung zur Lenkmoment-Kompensation einfach und platzsparend ausgebildet ist und bei allen Radgrößen verwendet werden kann, was bisher nicht möglich war; außerdem wird auf ein aufwendiges Hebelwerk verzichtet, um die Momente gegeneinander zu schalten.

    [0009] Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, die in den Figuren I und II jeweils schematisch dargestellt sind. In beiden Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

    [0010] Der Antrieb des Schienenrades 11 erfolgt über ein in das Rad integriertes Planetengetriebe. Dabei hat das Rad 11 eine Hohlnabe 12, über dies es unter Zwischenschaltung von zwei Wälzlagern 13 auf einen Achsschenkel 14 gelagert ist, der seinerseits durch Wälzlager 15 um etwa senkrecht zur Radachse stehende Lenkzapfen 16 an einer Achsbrücke 26 des Fahrwerkrahmens 17 schwenkbar befestigt ist. In der Hohlnabe 12 ist außerdem mit Wälzlagern 18 das Hohlrad 19 eines Planetengetriebes angeordnet, welches mit den Planetenrädern 20 kämmt. Die Planetenräder 20 sind mit Wälzlagern 21 auf dem mit der Hohlnabe 12 verbundenen Planetenradträger 22 gelagert und kämmen mit dem Zentralrad 23. Das Zentralrad 23 ist über Kupplungselemente und eine Kardangelenkwelle 24 mit der Antriebswelle 25 verbunden, die innerhalb der Achsbrücke 26 verläuft. Die Lenkzapfen 16 und damit die Schwenkachse des Achsschenkels 14 liegen in einer Ebene, die sich zwischen der Lagergruppe 18 des Hohlrades 19 und der Lagergruppe 13 des Rades 11 auf dem Achsschenkel 14 erstreckt.

    [0011] Zwischen dem Hohlrad 19 des Planetengetriebes und der Achsbrücke 26 ist nach Fig. I eine in zwei Richtungen wirksame Drehmomentabstützung in Form eines Gabelstückes 27 und eines Hebels 28 angeordnet, wobei das Gabelstück 27 einen Kugelkopf des Hebels 28 umgreift. Das Stützmoment wird durch diese Wirkverbindung auf die Achsbrücke 26 übertragen.

    [0012] Eine andere Möglichkeit der Drebmomentabstützung ist in Fig. II dargestellt, wonach ein Kegelzahnrad 29 bzw. ein Segment davon mit der Achsbrücke 26 und ein anderes Kegelzahnrad 30 bzw. ein Segment davon mit dem abzustützenden Hohlrad 19 verbunden sind. Die Drehmomentabstützung kann auch aus insgesamt drei Nocken (nicht gezeichnet) bestehen, von denen zwei Nocken an der Achsbrücke 26 angeordnet sind und der dritte Nocken, der am Hohlrad 19 befestigt ist, zwischen die beiden Nocken der Achsbrücke 26 greift.

    [0013] Der Planetenradträger 22 ist mit dem Rad 11 verbunden, wohingegen das Hohlrad 19 des Planetengetriebes über die Drehmomentabstützung 27, 28 bzw. 29, 30 mit der Achsbrücke 26 verbunden ist und deshalb zu den nicht drehenden Teilen des Planetengetriebes gehört. Über die Antriebswelle 25 wird ein Drehmoment auf das Zentralrad 23 übertragen, welches ein Antriebs- oder ein Bremsmoment sein kann. Das am Hohlrad 19 auftretende, zum Antriebs- oder Bremsmoment proportionale Stützmoment erzeugt in den Wirkflächen der Drehmomentabstützung 27, 28 bzw. 29, 30 eine Umfangskraft, die mit ihrem Hebelarm zur Mittelachse der Lenkzapfen 16 ein Kompensationsmoment erzeugt, welches dem aus Radumfangskraft und Lenkrollhalbmesser gebildeten Lenkmoment entgegenwirkt.


    Ansprüche

    1. Vorrichtung zur Kompensation unerwünschter Lenkmomente an angetriebenen oder gebremsten, einzeln aufgehängten Rädern (11) von insbesondere Schienenfahrzeugen, wobei

    - dem jeweiligen Rad (11) ein der an seinem Umfang als Antriebs- oder Bremskraft wirksamen Radumfangskraft proportionales, durch Radumfangskraft und Lenkrollhalbmesser des betreffenden Rades bestimmtes und dem Lenkmoment entgegengerichtetes Wendemoment von außen aufgeprägt wird,

    - die Übertragung der Antriebs- und Bremsmomente über ein in einer Hohlnabe (12) des Rades (11) angeordnetes Planetengetriebe erfolgt,

    - die Hohlnabe (12) über ein oder mehrere Wälzlager (13) auf einem um Lenkzapfen (16) einer Achsbrücke (26) schwenkbaren Achsschenkel (14) gelagert ist,

    - zwischen der Achsbrücke (26) und einem als Reaktionsteil abzustützenden Hohlrad (19) des Planetengetriebes eine in beiden Drehrichtungen wirksame, gelenkige Drehmomentabstützung angeordnet ist,

    dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (19) des Planetengetriebes mit Wälzlagern (18) in der Hohlnabe (12) des Rades (11) gelagert ist und die Drehmomentabstützung aus einer Gabel (27) sowie einem Hebel (28) besteht, der einen von der Gabel (27) umgriffenen Kugelkopf aufweist, wobei einer dieser Teile - Gabel (27) oder Hebel (28) - an dem Hohlrad (19) des Planetengetriebes und der andere Teil an der Achsbrücke (26) befestigt ist.
     
    2. Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (19) des Planetengetriebes mit Wälzlagern (18) in der Hohlnabe (12) des Rades (11) gelagert ist und die Drehmomentabstützung eine Kegelradverzahnung besitzt, bei der das eine Kegelrad (30) bzw. ein Segment davon mit dem Hohlrad (19) und das andere Kegelrad (29) bzw. ein Segment davon mit der Achsbrücke (26) verbunden ist.
     
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden senkrecht zur Radachse stehenden Lenkzapfen (16) für den Achsschenkel (14) in einer zwischen der Lagergruppe (18) des Hohlrades (19) und der Lagergruppe (13) des Achsschenkels (14) liegenden Ebene angeordnet sind.
     


    Claims

    1. Device to provide compensation for unintended steering moments on driven or braked, individually suspended wheels (11) of, in particular, rail vehicles, in which

    - the particular wheel (11) has, externally imposed on it, a turning moment proportional to the wheel peripheral force effective at its periphery (as a driving force or braking force) determined by the wheel peripheral force and the steering rolling radius of the wheel concerned and directed against the steering moment,

    - the transmission of the driving and braking moments takes place by means of an epicyclic gear located in a hollow hub (12) of the wheel (11),

    - the hollow hub (12) is supported by means of one or a plurality of rolling contact bearings (13) on a stub axle (14) which can be pivoted about steering trunnions (16) of an axle bridge (26),

    - an articulated torque support effective in both rotational directions is located between the axle bridge (26) and a internal gear wheel (19) of the epicyclic gear which, as the reaction part, has to be supported

    characterised in that the internal gear wheel (19) of the epicyclic gear is supported by means of rolling contact bearings (18) in the hollow hub (12) of the wheel (11) and the torque support consists of a fork (27) and a lever (28) which has a spherical head encompassed by the fork (27), one of these parts - fork (27) or lever (28) - being fastened to the internal gear wheel (19) of the epicyclic gear and the other part to the axle bridge (26).
     
    2. Device according to the preamble of Claim 1, characterised in that the internal gear wheel (19) of the epicyclic gear is supported by means of rolling contact bearings (18) in the hollow hub (12) of the wheel (11) and the torque support has a bevel gear in which one bevel wheel (30) or a segment of it is connected to the internal gear wheel (19) and the other bevel wheel (29) or a segment of it is connected to the axle bridge (26).
     
    3. Device according to Claim 1 or 2, characterised in that the two stub axle (14) steering trunnions (16) at right angles to the wheel axis are arranged in a plane located between the bearing group (18) of the internal gear wheel (19) and the bearing group (13) of the stub axle (14).
     


    Revendications

    1. Dispositif pour la compensation de moments de guidage indésirables survenant sur des roues (11) entraînées ou freinées, suspendues individuellement en particulier de véhicules sur rails, où

    - est imprimé à la roue (11) entrant en ligne de compte, de par l'extérieur, un moment d'inflexion de marche, proportionnel à la force agissant sur son pourtour sous forme de force d'entraînement ou de freinage, déterminé par la force agissant sur le pourtour de la roue et le rayon de pivotement du chemin de roulement de la roue concernée et orienté dans le sens contraire de celui du moment de guidage,

    - la transmission des moments d'entraînement et de freinage a lieu par l'intermédiaire d'un mécanisme épicycloïde logé dans un moyeu creux (12) de la roue (11),

    - le moyeu creux (12) est disposé en palier sur une fusée d'essieu (14) pouvant pivoter autour de pivots de direction (16) d'un pont d'essieu (26) par l'interrmédiaire d'un ou plusieurs roulements (13).

    - entre le pont d'essieu (26) et une roue creuse (19) devant être appuyée en tant que partie réactionnelle de l'engrenage épicylcoïdal, est placé un dispositif d'appui du moment rotatif articulé, actif dans les deux sens de rotation,

    caractérisé par le fait que la roue creuse (19) de l'engrenage épicycloïdal tourne dans des roulements à billes (18) dans le moyeu creux (12) de la roue (11) et que l'appui du moment rotatif comprend une fourche (27), ainsi qu'un levier (28), présentant une tête sphérique entourée par la fourche (27), l'une de ses parties - fourche (27), ou levier (28)- est fixée sur la roue creuse (19) de l'engrenage épicycloïdal et l'autre sur le pont d'essieu (26).
     
    2. Dispositif suivant le préamble de la revendication 1, caractérisé par le fait que la roue creuse (19) de l'engrenage épicycloïde est placée dans des roulements (18) dans le moyeu creux (12) de la roue (11) et que l'appui du moment rotatif possède une denture de pignon conique , où l'un des pignons coniques (30), respectivement, l'un de ses segments, est relié à la roue creuse (19) et l'autre Pignon conique (29), respectivement, un de ses segments est relié au pont d'essieu (26).
     
    3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les deux pivots de direction (16), perpendiculaires à l'essieu, sont disposés, pour la fusée d'essieu (14), dans un plan situé entre le groupe de roulements (18) de la roue creuse (19) et le groupe de roulements (13) de la fusée d'essieu (14).
     




    Zeichnung