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Dokumentenidentifikation DE202005015769U1 23.02.2006
Titel Kardanische Doppelgelenkkupplung für Schienenfahrzeuge
Anmelder KWD Kupplungswerk Dresden GmbH, 01159 Dresden, DE
Vertreter Hempel, H., Dipl.-Phys., Pat.-Anw., 01159 Dresden
DE-Aktenzeichen 202005015769
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 23.02.2006
Registration date 19.01.2006
Application date from patent application 30.09.2005
IPC-Hauptklasse B61C 9/28(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine kardanische Doppelgelenkkupplung für Schienenfahrzeuge mit zwei Gelenkebenen, die zwei Kupplungsgelenke, die zur Drehmomentübertragung durch eine Hohlwelle über eine Zwischenwelle miteinander verbunden sind, enthält, wobei die eine Gelenkebene einem Zahnkupplungsgelenk mit Balligverzahnung mit winkligem und axialem Ausgleichsvermögen und die andere Gelenkebene einem zweiten Kupplungsgelenk zugeordnet sind.

Herkömmliche Zahnkupplungen mit Balligverzahnung zum Übertragen von Drehmomenten werden zum Verbinden einer treibenden und einer getriebenen Welle eingesetzt, um die zwischen den beiden Wellen auftretenden achsparallelen, axialen oder winkligen Verlagerungen auszugleichen.

Eine zutreffende Antriebseinheit ist in der Druckschrift EP 0878 368 A1 beschrieben, in der jeweils eine Zahnkupplung mit Balligverzahnung aus zwei gleichen Gelenken besteht, wobei das Problem besteht, dass die jeweils zugehörige Balligverzahnung eine separate Schmierung und eine Abdichtung erfordert. Der Aufwand für die Erreichung einer sehr guten Abdichtung ist hoch. Nachteilig ist auch ihr hoher Platzbedarf.

Der Vorteil der Zahnkupplungen mit Balligverzahnung dagegen besteht in ihrem außerordentlich gutem axialen und winkligen Ausgleichsvermögen.

Eine andere verbesserte Kupplung für eine Antriebseinheit für Schienenfahrzeuge ist in der Druckschrift D 100 50 757 A1 beschrieben, wobei die Antriebseinheit mit einem am Fahrzeugrahmen oder am Fahrwerk aufgehängten Elektromotor, einem Getriebe und einem kardanisch wirkenden Kupplungssystem versehen ist. Das Kupplungssystem ist zwischen einer Radsatzwelle und dem Getriebe angeordnet, wobei ein erster Teil de Kupplungssystems in Form einer Balligzahnkupplung in das Abtriebszahnrad des Getriebes und in dessen Schmierölkreislauf integriert ist und wobei zwischen dem Getriebe und dem Radsatz ein abtriebsseitiger zweiter Teil des Kupplungssystems vorgesehen ist.

Der zweite Teil des Kupplungssystems stellt dabei eine gummielastische Kupplung dar.

Ein Problem besteht darin, dass der gummielastische Kupplungsteil gegen Verschleiß anfällig und damit nicht wartungsfrei ist.

Herkömmliche drehsteife, biegeelastische Kupplungen, wie z.B. Ganzmetallkupplungen sind Kupplungen, die durch Federeigenschaften die Verlagerung ausgleichen. Sie haben dadurch den Vorteil, dass sie sowohl dauerfest als auch wartungsfrei sind. Sie weisen aber erhebliche Grenzen im Bereich der elastischen Verformung und damit der Verlagerungen aus, wobei das axiale Verlagerungsvermögen weitgehend eingeschränkt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kardanische Doppelgelenkkupplung für Schienenfahrzeuge anzugeben, die derart geeignet ausgebildet ist, dass sowohl eine weitergehende Wartungsfreiheit gewährleistet wird als auch eine axiale Verlagerungsfähigkeit und dabei äußerst geringe Rückstellkräfte erreicht werden können.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Schutzanspruchs 1 gelöst. Die kardanische Doppelgelenkkupplung für Schienenfahrzeuge ist gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 mit zwei Gelenkebenen, die zwei Kupplungsgelenke, die zur Drehmomentübertragung durch eine Hohlwelle über eine Zwischenwelle miteinander verbunden sind, enthält, versehen, wobei die eine Gelenkebene einem Zahnkupplungsgelenk mit Balligverzahnung mit winkligem und axialem Ausgleichsvermögen und die andere Gelenkebene einem zweiten Kupplungsgelenk zugeordnet sind.

Der Kennzeichenteil des Schutzanspruchs 1 besteht darin, dass da zweite Kupplungsgelenk der anderen Gelenkebene als ein drehsteifes, biegeelastisches Kupplungsgelenk ausgebildet ist.

Das drehsteife, biegeelastische Kupplungsgelenk kann als Membran-, Ringscheiben- oder Laschenkupplungsgelenk ausgebildet sein.

Es liegt eine Kombination von zwei Gelenken von unterschiedlichen Kupplungstypen mit unterschiedlichen Eigenschaften vor.

Zumindest die beiden Eigenschaften – Dauerfestigkeit und Wartungsfreiheit sowie geringer Platzbedarf – des drehsteifen, biegeelastischen Kupplungsgelenks machen es möglich, die drehsteifen, biegeelastischen Kupplungen an den Stellen im Antrieb einzubauen, an denen eine aggressive Umgebung vorhanden ist und die Wartungsfreiheit erforderlich ist.

Die Eigenschaften – hohes axiales Verlagerungsvermögen, aber Beachtung von Schmierung und Abdichtung – des Zahnkupplungsgelenks mit Balligverzahnung eröffnen die Möglichkeit, zweckmäßig das Zahnkupplungsgelenk an den Stellen im Antrieb einzubauen, an denen die Handhabung der Schmierung sowie die Beherrschung der Abdichtung in einfacher Weise gegeben ist.

Mit der erfindungsgemäßen kardanischen Doppelgelenkkupplung können die obigen Eigenschaften – einerseits Dauerfestigkeit und Wartungsfreiheit sowie geringer Platzbedarf plus andererseits hohes axiales Verlagerungsvermögen und Schmierung an beherrschbaren Stellen im Radsatzbereich – , der beiden unterschiedlichen Gelenke herausgearbeitet und gezielt genutzt werden.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mittels mehrerer Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Doppelgelenkkupplung – als Beispiel: Zahnkupplungsgelenk/Ringscheibenkupplungsgelenk – im ruhenden Zustand und

2 einen schematischen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Doppelgelenkkupplung im dynamischen Zustand nach 1.

In den folgenden Figuren werden für gleiche Teile mit gleichen Funktionen die gleichen Bezugszeichen verwendet.

In 1 ist eine Doppelgelenkkupplung 1 für Schienenfahrzeuge mit zwei Gelenkebenen 20, 21, die zwei Kupplungsgelenke, die zur Drehmomentübertragung durch eine Hohlwelle 6 über eine Zwischenwelle 5 miteinander verbunden sind, enthält, dargestellt, wobei die eine Gelenkebene 20 einem Zahnkupplungsgelenk 2 mit Balligverzahnung 22 und mit winkligem und axialem Ausgleichsvermögen und die andere Gelenkebene 21 einem zweiten Kupplungsgelenk 3 zugeordnet sind.

Erfindungsgemäß ist das zweite Kupplungsgelenk 3 der anderen Gelenkebene 21 als ein drehsteifes, biegeelastisches Kupplungsgelenk ausgebildet.

In 1 ist als Beispiel für das drehsteife, biegeelastische Kupplungsgelenk 3 ein Ringscheibenkupplungsgelenk eingesetzt.

Das Ringscheibenkupplungsgelenks 3 weist als Hauptbestandteil eine elastische Ringsscheibe 4 auf, die auf der einen dem Zahnkupplungsgelenk 2 zugewandten Seite über einen Flansch 15 mit einer Zwischenwelle 5 mittels eines ersten Arretierungselements 26 in fester Verbindung steht. Auf der anderen Seite der Ringscheibe 4 ist eine Motornabe 14 diametral zum Flansch 15 mit einem eigenen Motornabenflansch 18 mittels eines zweiten Arretierungselements 27 befestigt.

Das Zahnkupplungsgelenk 2 mit der Balligverzahnung 22 ist an einer Getriebehohlwelle 6 stirnseitig an einem Endbereich 12 befestigt, wobei der andere Endbereich 13 stirnseitig offen und zum Ringscheibenkupplungsgelenk 3 gerichtet ist.

Die Getriebehohlwelle 6 besitzt etwa mittig ein Ritzel 16 bzw. ein Zahnrad für einen Anschluss an ein Getriebe (nicht eingezeichnet).

Dabei ist die Zwischenwelle 5 von der zum drehsteifen, biegeelastischen Kupplungsgelenk 3 stirnbereichsendoffenen Getriebehohlwelle 6 umgeben.

Das Zahnkupplungsgelenk 2 mit Balligverzahnung 22 ist von einer Hülse 7 umgeben, die mit einem Deckel 8 versehen ist, der eine Schmierung mit totaler Abdichtung nach außen ermöglicht, wobei sich das Schmieröl bzw. -fett hauptsächlich in einem Freiraum 9 zwischen der Zahnkupplungsnabe 23 und dem Deckel 8 bzw. der Hülse 7 befindet. Je nach Bedarf kann die Hülse 7 eine geschlossene Hülse sein.

Die Hülse 7 des Zahnkupplungsgelenks 2 mit Balligverzahnung ist mittels einer Verschraubung 10 an der Getriebehohlwelle 6 befestigt.

Im Endbereich 12 zwischen der Getriebehohlwelle 6 und der Hülse 7 befindet sich eine innere Dichtung 17.

Die Getriebehohlwelle 6 weist in Richtung zum drehsteifen, biegeelastischen Kupplungsgelenk 3 einen divergierenden Innendurchmesser 1 auf.

Die Anordnung der beiden Kupplungsgelenke 2, 3 kann in ihren Gelenkebenen 20, 21 im Bereich von Antrieben bzw. von Radsätzen beliebig ausgebildet sein.

Das drehsteife, biegeelastische Kupplungsgelenk 3 kann des Weiteren auch als Membran- oder Laschenkupplungsgelenk ausgebildet sein.

Im Folgenden wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Doppelgelenkkupplung 1 anhand der 2 näher erläutert:

In 2 ist die erfindungsgemäße Doppelgelenkkupplung 1 in einer axialen Verlagerung 24 und einer winkligen Verlagerung 25 dargestellt. Bei der axialen Verlagerung 24 des Zahnkupplungsgelenks 2 wird das Zahnkupplungsgelenk 2 gemeinsam mit der Getriebehohlwelle 6 in Richtung zum Ringscheibenkupplungsgelenk 3 verschoben, wobei die Zahnkupplungsnabe 23 den Freiraum 9 im Bereich des Deckels 8 bzw. der Hülse 7 nutzt.

Bei der gleichzeitig auftretenden, winkligen Verlagerung 25 kippt die Zwischenwelle 5 aus der Kupplungsachse 19, wodurch die elastische Ringscheibe 4 die winklige Verlagerung 25 abfedert.

Zur Verdeutlichung sind die dynamischen Abweichungen der Gelenkebenen 20, 21 in 2 bezüglich des Ruhezustands in 1 angegeben.

Mit der erfindungsgemäßen kardanischen Doppelgelenkkupplung 1 können die Vorteile – Dauerfestigkeit und Wartungsfreiheit sowie geringer Platzbedarf plus hohes winkliges und axiales Verlagerungsvermögen und Schmierung an beherrschbaren Stellen im Radsatzbereich –, der beiden unterschiedlichen Kupplungsgelenke 2, 3 herausgearbeitet und gezielt genutzt werden.

Z.B. kann bei einem außen befindlichen Einzelradantrieb für eine Straßenbahn das drehsteife, biegeelastische Kupplungsgelenk 3 an den Stellen zwischen Rad und Getriebe, an denen wenig Platz vorhanden ist, und unmittelbar über der Straße, an denen eine aggressive Umgebung vorhanden ist, angeordnet sein. Mit der gegebenen Wartungsfreiheit ist diese Anordnung des drehsteifen, biegeelastischen Kupplungsgelenks 3 in dieser Umgebung sehr zweckmäßig.

Dagegen kann das Zahnkupplungsgelenk 2 mit Balligverzahnung 22 im geschützten Bereich des Getriebes platziert sein, in dem genügend Platz zur Anpassung und Verschiebung vorhanden ist. Das Zahnkupplungsgelenk 2 mit Balligverzahnung 22 kann dort durch den Deckel 8 bzw. die Hülse 7 abgedichtet sein, der/die nicht bewegt wird und somit eine Abdichtung nach außen gewährleistet.

In 1 kann das Zahnkupplungsgelenk 2 mit der Balligverzahnung 22 über die Getriebehohlwelle 6 mit dem Getriebe fest verbunden sein, wobei die Verbindung der Hülse 7 mit der Getriebehohlwelle 6 und dem hülsenangepassten Deckel 8 die Möglichkeit eröffnet, dass nach außen hin gerichtet keine bewegten Dichtungselemente vorhanden sind, die die Abdichtung negativ beeinflussen könnten. Das Zahnkupplungsgelenk 2 mit Balligverzahnung ist nach außen total verschlossen.

Somit wird auch der sonst übliche hohe Wartungsaufwand zur Abdichtung des Zahnkupplungsgelenks 2 mit Balligverzahnung 22 wesentlich verringert.

Mit der erfindungsgemäßen kardanischen Doppelgelenkkupplung 1 wird die Möglichkeit eröffnet, Antriebe für die Schienenfahrzeuge den umweltlichen und technischen Gegebenheiten umfassender und flexibler anzupassen.

1Doppelgelenkkupplung 2Zahnkupplungsgelenk mit Balligverzahnung 3Drehsteifes, biegeelastisches Kupplungsgelenk 4Ringscheibe 5Zwischenwelle 6Hohlwelle/Getriebehohlwelle 7Hülse 8Deckel 9Freiraum 10Verschraubung 11Innendurchmesser 12Erster Endbereich 13Zweiter Endbereich 14Motornabe 15Flansch 16Ritzel 17Innere Dichtung 18Motornabenflansch 19Kupplungsachse 20Erste Gelenkebene 21Zweite Gelenkebene 22Balligverzahnung 23Zahnkupplungsnabe 24Axiale Verlagerung 25Winklige Verlagerung 26Erstes Arretierungselement 27Zweites Arretierungselement

Anspruch[de]
  1. Kardanische Doppelgelenkkupplung (1) für Schienenfahrzeuge mit zwei Gelenkebenen (20, 21), die zwei Kupplungsgelenke, die zur Drehmomentübertragung durch eine Hohlwelle (6) über eine Zwischenwelle (6) miteinander verbunden sind, enthält, wobei die eine Gelenkebene (20) einem Zahnkupplungsgelenk (2) mit Halligverzahnung (22) mit winkligem und axialem Ausgleichsvermögen und die andere Gelenkebene (21) einem zweiten Kupplungsgelenk (3) zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kupplungsgelenk (3) der anderen Gelenkebene (21) als ein drehsteifes, biegeelastisches Kupplungsgelenk ausgebildet ist.
  2. Doppelgelenkkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das drehsteife, biegeelastische Kupplungsgelenk (3) als Membran-, Ringscheiben- oder Laschenkupplungsgelenk ausgebildet ist.
  3. Doppelgelenkkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das drehsteife, biegeelastische Kupplungsgelenk (3) in Form eines Ringscheibenkupplungsgelenks als Hauptbestandteil eine elastische Ringsscheibe (4) aufweist, die auf der einen dem Zahnkupplungsgelenk (2) mit Balligverzahnung (22) zugewandten Seite über einen Zwischenwellenflansch (15) mit einer Zwischenwelle (5) mittels eines ersten Arretierungselements (26) in fester Verbindung steht, wobei auf der anderen Seite der elastischen Ringscheibe (4) eine Motornabe (14) diametral zum Zwischenwellenflansch (15) mit einem eigenen Motornabenflansch (18) mittels eines zweiten Arretierungselements (27) befestigt ist.
  4. Doppelgelenkkupplung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnkupplungsgelenk (2) mit Balligverzahnung (22) an der Hohlwelle (6) stirnseitig an einem Endbereich (12) befestigt ist, wobei der andere Endbereich (13) stirnseitig offen ist.
  5. Doppelgelenkkupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwelle (5) von der zum drehsteifen, biegeelastischen Kupplungsgelenk (3) gerichteten stirnbereichsendoffenen Hohlwelle (6) umgeben ist.
  6. Doppelgelenkkupplung nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnkupplungsgelenk (2) mit Balligverzahnung (22) von einer geschlossenen Hülse (7) umgeben ist.
  7. Doppelgelenkkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (7) mit einem Deckel (8) versehen ist, der eine Schmierung in einem Freiraum (9) zwischen Deckel (8) und Zahnkupplungsnabe (23) mit totaler Abdichtung ermöglicht.
  8. Doppelgelenkkupplung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (7) des Zahnkupplungsgelenks (2) mit Balligverzahnung (22) an der Hohlwelle (6) befestigt ist.
  9. Doppelgelenkkupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (6) in Richtung zum drehsteifen, biegeelastischen Kupplungsgelenk (3) je nach Bedarf einen divergierenden oder einen zylindrischen Innendurchmesser (11) aufweist.
  10. Doppelgelenkkupplung nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der beiden Kupplungsgelenke (2, 3) in ihren Gelenkebenen (20, 21) im Bereich von Radsätzen sowohl außerhalb als auch innerhalb der Radsätze ausgebildet ist.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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