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.
Electric traction drive When designing electric traction vehicles, efforts are made to reduce the unsprung masses as much as possible, taking into account their unfavorable influence on the substructure and the construction of the actual vehicle. For this reason, the designers of electric vehicles attach the engine to the frame or bogie, which are sprung against the wheelset and ensure an elastic connection of the motor shaft with the gearbox, which is placed directly on the axis of the unsuspended wheelset, whereby the angular deviations of the motor axis from the drive axis are absorbed.
These deviations are advantageously absorbed by articulated couplings with cardan shafts. With the difficult construction of the traction motor and considering the lack of space between the wheels of the wheel set, since this space is reserved for the installation of the motor and the gearbox, there is little space left for the Kar danwelle and articulated couplings.
This difficulty is particularly noticeable in the case of high-performance traction motors. There are designs in which the cardan shaft. passes through the rotor hollow body, but ver remains in this case no space for the accommodation of normal articulated couplings outside of the motor on both sides of the same. For this reason, they are replaced by thin steel discs or lamellae for high performance, which are constantly subjected to bending when the engine vibrates.
These constructions have the disadvantages that they are linked to the large diameter of the rotating flat couplings, which work under incessant bending stress on the steel disks or lamellae and also only allow a one-sided wheel set drive.
The production of these couplings requires special les technological equipment and high precision.
There has therefore been an effort to use elements that are more advantageous in terms of production technology and which have an old tradition in the motor vehicle industry, namely articulated couplings.
An articulated coupling, however, makes great demands on space in the axial direction, which causes great difficulties in the elec trical traction, since little space remains between the wheels of the wheel sets due to the arrangement of high-performance machines.
There is a type of electric traction motor known in which cardan shafts are housed within its hollow rotor body, which are connected to the cardan torsion shafts that pass through the hollow pins of the rotor body cover and the torque by means of further articulated couplings on independent gear boxes on the wheelset axles.
The cardan shafts are similar, as is customary in automobile constructions, firmly connected on one side to an articulated coupling and connected to the other articulated coupling in an axially movable manner on the other side. This second, movable connection is guaranteed by a groove on the shaft and in the coupling hub.
When the torque is transmitted with simultaneous angular vibrations of the cardan shaft in the grooved connection, tangential and axial forces arise that are directly proportional to the magnitude of the torque to be transmitted and indirectly proportional to the diameter of the groove connection. These axial forces are transferred to the bearings of the motor or the gearbox and influence their size.
In the case of high-performance traction motors, the axial forces, taking into account the relatively small diameter of the groove connection, reach such values that they are structurally intolerable and make this type of construction unsuitable for higher-performance motors.
The present invention seeks to eliminate this disadvantage by using the well-known and customary in technical practice grooves connection between the cardan shaft and the hitch be removed.
The invention is based on an electrical traction drive in which the hollow rotor body of the traction motor comprises an articulated coupling which is connected to the cardan shaft passing through a hollow pin of the hollow rotor and the torque is applied to the pinion of the independent gearbox by means of a further articulated coupling outside the motor the wheelset axle transmits. It is characterized in that one of the two articulated couplings, which is housed in the hollow body of one of the drive elements, runner, pinion or pinion attachment, is connected to a piston mounted axially in the relevant drive element, which generates the torque through Nutenver connection between this element and the piston surface transfers.
The cardan shaft can be firmly connected to the hubs of both joint couplings.
Some embodiments of the invention should be explained below with reference to the drawings. They show: Fig. 1 and 2 in view and section each a Ge coupling in connection with a piston, Fig. 3 a drive in which the piston is housed in the hollow rotor body, Fig. 4 a drive acting on both sides, in which the hollow rotor body two joint couplings are housed with one piston each, Fig. 5 shows a drive with piston housed in the pinion and Fig. 6 shows a drive with piston housed inside a pinion approach.
Fig. 1 shows in a schematic manner an imple mentation of the piston 2 and the attached joint coupling 3. The grooves on the surface of the piston 2 are intended to engage with claws of the drive element, either the hollow rotor body, the pinion or pinion attachment.
Fig. 2 shows a further piston shape, in which between tween the actual piston 2 and the joint coupling 3, an elastic, tangentially yielding coupling 4 is installed. This solution is particularly advantageous in all those cases where the shortness of the cardan shaft reduces its torsional function. Fig. 3 illustrates in section a Ausfüh tion for one-sided drive. In the hollow rotor body 1 of the traction motor, specifically in its part within the collector, a component 2 is provided in the form of a piston, on the surface of which there are grooves in which the claws located on the inner surface of the hollow rotor body 1 engage.
The piston 2 can move freely relative to the hollow rotor body 1 in the axial direction, but is connected to the hollow rotor body on the circumference by grooving. This groove connection is used for torque transmission. Within the piston 2, one half of the joint coupling 3 is attached to its bottom. The other half of the joint coupling 3 is attached to the end of the cardan shaft passing through an opening in the hollow pin of the hollow rotor body 1 and firmly connected to the other joint coupling 6 at the pinion 7. The space in which the piston with the joint coupling is housed is closed by an elastic membrane 8 and is filled with oil.
Such an arrangement allows the axial movements of the cardan shaft in the event of angular changes between the geometric axis of the hollow rotor body and the cardan shaft, with the tangential and thus also the axial forces being relatively small and easy due to the large diameter of the grooved piston . Gear box can be included.
The same design can also be used for double-sided drives, as is illustrated schematically in FIG. According to FIG. 4, two piston-shaped components 2 are provided in the hollow rotor body 1. The claws formed on the inner surface of the hollow rotor body 1 engage in the grooves on the surface of the piston 2. At the bottoms of the piston 2, the one Hälf th of the articulated couplings 3 are attached. The other articulated coupling halves are connected to the cardan shafts 5, which pass through the hollow pins of the rotor body 1 and are connected to the two further articulated couplings 6 at the pinions 7.
In this embodiment, the cardan shafts 5 are relatively short and their torsional effect is correspondingly low. It therefore seems appropriate, in the construction according to the present embodiment for double-sided drive according to FIG. 4 between the pistons 2 and articulated couplings 3, still tangentially flexible, resilient couplings, such as shown in FIG.
In express train and universal locomotives, where gears with a relatively small translation are usually used for torque transmission from the engine to the wheelset, the pinions with relatively large diameters fail. In this case, the pinion can be formed as a hollow body and receive the piston in its cavity, to which the one joint coupling is then attached.
A manufacturing advantage of this embodiment is that on one and the same component a normal pinion toothing and also the internal claws that engage in the piston grooves are formed.
Such an embodiment is illustrated schematically in Fig. 5. With the rotor hollow body 1, one half of the joint coupling 3 is firmly a related party. On the other coupling half, the Kar danwelle 5 is attached, which passes through the hollow pin in the cover 9 of the hollow rotor body 1 and then through the hollow pin of the pinion body 7 and is connected to the other articulated coupling 6, the piston 2 which is axially movably superimposed on the bottom in the hollow pinion body 7 is attached. At Winkelabwei changes in the geometric axes of the wheelset axis and the rotor body, the articulated couplings 5 and 6 fixedly connected cardan shaft 5 moves the piston 2 to which the coupling 6 is attached.
The groove connection between the piston surface and the inner surface of the pinion 7 transmits the torque from the engine to the actual Ritzelver toothing, which is in engagement with the large gear on the wheelset axis.
In some cases, especially if the gear ratios permit, the implementation according to FIG. 6 is appropriate, in which the pinion 7 has a projection 10 which protrudes over the impeller and in which the piston 2 with the joint coupling 6 is housed.
Since the diameter of the grooved connection on the piston upper surface is several times larger than the largest possible diameter of the grooved connection in the case of its conventional design in the coupling hub in the case of the drives described, the tangential forces in inverse proportion to the diameter of the grooved connection are also for the same torque a few times smaller.
The smaller tangential forces then also correspond to smaller axial forces. These forces can easily be absorbed by the bearings of the motor or the gear boxes without the need to enlarge them from normal.
Another contribution to reducing the axial forces is the improved lubrication of the groove connection on the piston surface, into which oil is driven under the action of centrifugal forces, with which the hollow body of the drive element that holds the piston is filled.
The same <B> oil </B> can also lubricate the bearing of the joint coupling cross, which is firmly connected to the interior of the piston in the event that a joint coupling to be lubricated is used for the torque transmission.
For the transmission of the torque, however, other, no lubrication: requiring Ge articulated couplings can be used, such. B. those with oil-resistant rubber inserts. In this case, the oil or grease inside the hollow body is used ultimately to lubricate the groove connection on the piston surface.