Elektrischer Traktionsantrieb Beim Entwurf elektrischer Traktionsfahrzeuge macht sich das Bestreben geltend, die unabgefederten Massen mit Rücksicht auf deren ungünstigen Einfluss auf den Unterbau und auf die Konstruktion des eigentlichen Fahrzeuges möglichst zu verringern. Aus diesem Grunde befestigen die Konstrukteure elektri scher Fahrzeuge den Motor am Rahmen oder am Drehgestell, die gegen den Radsatz abgefedert sind und sorgen dabei für eine elastische Verbindung der Motorwelle mit dem Getriebekasten, der unmittelbar auf der Achse des nicht abgefederten Radsatzes an gebracht ist, wodurch die Winkelabweichungen der Motorachse von der Triebachse aufgefangen werden.
Mit Vorteil werden diese Abweichungen durch Gelenkkupplungen mit Kardanwellen aufgefangen. Bei der schwierigen Konstruktion des Traktionsmotors und mit Rücksicht auf Raummangel zwischen den Laufrädern des Radsatzes, da dieser Raum für den Einbau des Motors und der Getriebekästen vor behalten ist, verbleibt nur wenig Platz für die Kar danwelle und Gelenkkupplungen.
Diese Schwierigkeit macht sich ganz besonders bei Traktionsmotoren grosser Leistung bemerkbar. Es bestehen zwar Bauarten, bei denen die Kardanwelle. durch den Läuferhohlkörper hindurchgeht, doch ver bleibt in diesem Falle kein Raum für die Unterbrin gung normaler Gelenkkupplungen ausserhalb des Mo tors beiderseits desselben. Aus diesem Grunde werden dieselben für Grossleistungen durch dünne Stahl scheiben oder Lamellen ersetzt, die bei den Motor schwingungen ständig auf Biegung beansprucht wer den.
Diese Konstruktionen weisen die Nachteile auf, dass dieselben an grosse Durchmesser der rotierenden flachen Kupplungen anknüpfen, die unter unauf hörlicher Biegungsbeanspruchung der Stahlscheiben oder Lamellen arbeiten und ausserdem nur einen ein seitigen Radsatzantrieb zulassen.
Die Fertigung dieser Kupplungen erfordert speziel les technologisches Gerät und hohe Präzision.
Es hat sich daher das Bestreben geltend gemacht, erzeugungstechnisch vorteilhaftere Elemente anzu wenden, die auch in der Kraftwagenindustrie eine alte Tradition aufweisen, und zwar Gelenkkupplungen.
Eine Gelenkkupplung stellt jedoch grosse Raum ansprüche in axialer Richtung, was bei der elek trischen Traktion grosse Schwierigkeiten bereitet, da infolge der Anordnung von Grossleistungsmaschinen wenig Raum zwischen den Laufrädern der Radsätze verbleibt.
Es ist eine Bauart von elektrischen Traktions motoren bekannt, bei der innerhalb seines hohlen Läuferkörpers Gelenkwellen untergebracht sind, die mit den durch die Hohlzapfen der Läuferkörperdeckel hindurchgehenden und das Drehmoment mittels wei terer Gelenkkupplungen auf selbständige Getriebe kästen auf den Radsatzachsen übertragenden Kardan- torsionswellen verbunden sind.
Die Kardanwellen sind dabei ähnlich, wie dies bei Automobilkonstruktionen üblich ist, auf einer Seite mit einer Gelenkkupplung fest verbunden und auf der andern Seite axialbeweglich mit der andern Gelenk kupplung verbunden. Diese zweite, bewegliche Ver bindung wird durch eine Nutung auf der Welle und in der Kupplungsnabe gewährleistet.
Bei der Übertragung des Drehmomentes unter gleichzeitigen Winkelschwingungen der Kardanwelle in der genuteten Verbindung entstehen Tangential- und Axialkräfte, die der Grösse des zu übertragenden Drehmomentes direkt und dem Durchmesser der Nutenverbindung indirekt proportional sind. Diese Axialkräfte übertragen sich auf die Lager des Motors bzw. der Getriebekästen und beeinflussen deren Grösse.
Bei Traktionsmotoren grosser Leistungen errei chen die Axialkräfte mit Rücksicht auf den verhält nismässig kleinen Durchmesser der Nutenverbindung solche Werte, dass dieselben konstruktiv untragbar sind und diese Bauart für Motoren grösserer Leistung untauglich machen.
Die vorliegende Erfindung sucht diesen Nachteil zu beseitigen, indem von der Anwendung der bekann ten und in der technischen Praxis üblichen Nuten verbindung zwischen der Kardanwelle und der Kupp lungsnabe Abstand genommen wird.
Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Traktionsantrieb, bei dem der Läuferhohlkörper des Traktionsmotors eine Gelenkkupplung umfasst, welche mit der durch einen Hohlzapfen des Läuferhohlkör pers hindurchgehenden Kardanwelle verbunden ist und das Drehmoment mittels einer weiteren Gelenk kupplung ausserhalb des Motors auf das Ritzel des selbständigen Getriebekastens auf der Radsatzachse überträgt. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass die eine der beiden Gelenkkupplungen, die im Hohl körper eines der Triebelemente, Läufer, Ritzel oder Ritzelansatz untergebracht ist, mit einem axialbeweg lich im betreffenden Triebelement gelagerten Kolben verbunden ist, der das Drehmoment durch Nutenver bindung zwischen diesem Element und der Kolben oberfläche überträgt.
Die Kardanwelle kann mit den Naben beider Gelenkkupplungen fest verbunden werden.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sol len nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert werden. Es stellen dar: Fig. 1 und 2 in Ansicht und Schnitt je eine Ge lenkkupplung in Verbindung mit einem Kolben, Fig.3 einen Antrieb, bei dem der Kolben im Läuferhohlkörper untergebracht ist, Fig.4 einen beidseitig wirkenden Antrieb, bei welchem im Läuferhohlkörper zwei Gelenkkupp lungen mit je einem Kolben untergebracht sind, Fig. 5 einen Antrieb mit im Ritzel untergebrach tem Kolben und Fig. 6 einen Antrieb mit im Innern eines Ritzel ansatzes untergebrachtem Kolben.
Fig. 1 zeigt in schematischer Weise eine Aus führung des Kolbens 2 und der daran befestigten Gelenkkupplung 3. Die Nuten an der Oberfläche des Kolbens 2 sind zum Eingriff mit Klauen des Trieb elementes, und zwar entweder des Läuferhohlkörpers, des Ritzels oder Ritzelansatzes bestimmt.
Fig. 2 zeigt eine weitere Kolbenform, bei der zwi schen dem eigentlichen Kolben 2 und der Gelenk kupplung 3 eine elastische, tangential nachgiebige Kupplung 4 eingebaut ist. Diese Lösung ist beson ders vorteilhaft in allen jenen Fällen, wo die Kürze der Kardanwelle deren Torsionsfunktionen herab setzt. Fig. 3 veranschaulicht im Schnitt eine Ausfüh rung für einseitigen Antrieb. Im Läuferhohlkörper 1 des Traktionsmotors, und zwar in seinem Teil innerhalb des Kollektors, ist ein Bestandteil 2 in Kolbenform vorgesehen, an dessen Oberfläche sich Nuten befinden, in die die an der Innenfläche des Läuferhohlkörpers 1 befindlichen Klauen eingreifen.
Der Kolben 2 kann sich relativ zum Läuferhohl körper 1 in der Achsrichtung frei bewegen, ist jedoch am Umfang durch Vernutung mit dem Läuferhohl körper verbunden. Diese Nutenverbindung dient zur Drehmomentübertragung. Innerhalb des Kolbens 2 ist an seinem Boden die eine Hälfte der Gelenkkupp lung 3 befestigt. Die andere Hälfte der Gelenk kupplung 3 ist am Ende der durch eine Öffnung im Hohlzapfen des Läuferhohlkörpers 1 hindurch gehenden und mit der andern Gelenkkupplung 6 beim Ritzel 7 festverbundenen Kardanwelle befestigt. Der Raum, in welchem der Kolben mit der Gelenkkupp lung untergebracht ist, wird durch eine elastische Membran 8 abgeschlossen und ist mit Öl angefüllt.
Eine solche Anordnung gestattet die Achsbewegun gen der Kardanwelle bei Winkeländerungen zwischen der geometrischen Achse des Läuferhohlkörpers und der Kardanwelle, wobei mit Rücksicht auf den grossen Durchmesser des genuteten Kolbens die Tangential- und somit auch die Axialkräfte verhältnismässig klein sind und leicht durch die Lager des Läufers bzw. Getriebekastens aufgenommen werden können.
Die gleiche Ausführung lässt sich auch für doppel seitigen Antrieb anwenden, wie schematisch in Fig. 4 veranschaulicht ist. Im Läuferhohlkörper 1 sind gemäss Fig.4 zwei kolbenförmige Bestandteile 2 vorgesehen. In die Nuten an der Oberfläche der Kolben 2 greifen die an der Innenfläche des Läuferhohlkörpers 1 aus gebildeten Klauen ein. An den Böden der Kolben 2 sind die einen Hälf ten der Gelenkkupplungen 3 befestigt. Die andern Gelenkkupplungshälften sind mit den Kardanwellen 5 verbunden, die durch die Hohlzapfen des Läufer körpers 1 hindurchgehen und mit den zwei weiteren Gelenkkupplungen 6 bei den Ritzeln 7 verbunden sind.
In dieser Ausführung fallen die Kardanwellen 5 verhältnismässig kurz aus, und ihre Torsionswirkung ist dementsprechend gering. Es erscheint daher zweck mässig, bei der Konstruktion gemäss der vorliegenden Ausführung für beidseitigen Antrieb nach Fig. 4 zwi schen die Kolben 2 und Gelenkkupplungen 3 noch tangential nachgiebige, federnde Kupplungen, etwa nach Fig. 2, einzubauen.
Bei Schnellzug- und Universallokomotiven, wo gewöhnlich für die Drehmomentübertragung vom Mo tor auf den Radsatz Zahnräder mit verhältnismässig kleiner Übersetzung verwendet werden, fallen die Ritzel mit verhältnismässig grossen Durchmessern aus. In diesem Fall kann das Ritzel als Hohlkörper aus gebildet werden und in seinem Hohlraum den Kolben aufnehmen, an welchem dann die eine Gelenkkupp lung befestigt wird.
Ein herstellungstechnischer Vorteil dieser Aus führung liegt auch darin, dass auf einem und dem selben Bestandteil eine normale Ritzelverzahnung und ausserdem die in die Kolbennuten eingreifenden In nenklauen ausgebildet werden.
Eine derartige Ausführungsform ist in Fig. 5 sche matisch veranschaulicht. Mit dem Läuferhohlkörper 1 ist die eine Hälfte der Gelenkkupplung 3 fest ver bunden. An der andern Kupplungshälfte ist die Kar danwelle 5 befestigt, die durch den Hohlzapfen im Deckel 9 des Läuferhohlkörpers 1 und sodann durch den Hohlzapfen des Ritzelkörpers 7 hindurchgeht und mit der andern Gelenkkupplung 6 verbunden ist, die am Boden im Ritzelhohlkörper 7 axialbeweglich ge lagerten Kolbens 2 befestigt ist. Bei Winkelabwei chungen der geometrischen Achsen der Radsatzachse und des Läuferkörpers bewegt die mit den Gelenk kupplungen 5 und 6 fest verbundene Kardanwelle 5 den Kolben 2, an dem die Kupplung 6 befestigt ist.
Die Nutenverbindung zwischen der Kolbenoberfläche und der Innenfläche des Ritzels 7 überträgt das Dreh moment vom Motor auf die eigentliche Ritzelver zahnung, welche sich mit dem grossen Zahnrad auf der Radsatzachse in Eingriff befindet.
In manchen Fällen, insbesondere dann, wenn dies die Übersetzungsverhältnisse zulassen, ist die Aus führung nach Fig. 6 zweckmässig, bei der das Ritzel 7 einen Ansatz 10 aufweist, der über das Laufrad her ausragt und in welchem der Kolben 2 mit der Ge lenkkupplung 6 untergebracht ist.
Da bei den beschriebenen Antrieben der Durch messer der Nutenverbindung auf der Kolbenober fläche einigemal grösser ist als der grösstmögliche Durchmesser der genuteten Verbindung im Falle ihrer in der technischen Praxis üblichen Ausführung in der Kupplungsnabe, sind auch die in umgekehrtem Verhältnis zum Durchmesser der Nutenverbindung stehenden Tangentialkräfte für das gleiche Dreh moment einigemal kleiner.
Den kleineren Tangentialkräften entsprechen so dann auch kleinere Axialkräfte. Diese Kräfte lassen sich bereits leicht durch die Lager des Motors bzw. der Getriebekästen ohne Notwendigkeit ihrer ab normalen Vergrösserung auffangen.
Ein weiterer Beitrag zur Verringerung der Axial kräfte ist die verbesserte Schmierung der Nutenver- bindung auf der Kolbenoberfläche, in die unter der Einwirkung von Zentrifugalkräften Öl eingetrieben wird, mit welchem der Hohlkörper des Triebelemen tes angefüllt ist, der den Kolben aufnimmt.
Dasselbe<B>Öl</B> kann auch das Lager des Gelenk kupplungskreuzes schmieren, das mit dem Innenraum des Kolbens in jenem Fall fest verbunden wird, wenn für die Drehmomentübertragung eine zu schmierende Gelenkkupplung verwendet wird.
Für die Übertragung des Drehmomentes können jedoch noch andere, keine Schmierung: erfordernde Ge lenkkupplungen verwendet werden, so z. B. solche mit ölbeständigen Gummieinlagen. In diesem Falle dient das Öl oder Fett innerhalb des Hohlkörpers aus schliesslich zur Schmierung der Nutenverbindung auf der Kolbenoberfläche.