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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungs-Getriebeeinheit gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Aus der
EP 1 197 412 B1 ist eine Antriebseinheit für Schienenfahrzeuge bekannt, die einen am Fahrzeugrahmen oder am Fahrwerk aufgehängten Elektromotor, ein Getriebe und ein kardanisch wirkendes Kupplungssysteme aufweist. Das Kupplungssystem ist zwischen einer Radsatzwelle und dem Getriebe angeordnet. Ein erster Teil des Kupplungssystems ist in Form einer Bogenzahnkupplung in das Abtriebszahnrad eines Getriebes und in dessen Schmierölkreislauf integriert. Ferner ist zwischen dem Getriebe und dem Radsatz ein abtriebsseitiger zweiter Teil des Kupplungssystems vorgesehen.
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Ferner ist aus der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen
DE 10 2011 086 020 A1 eine Getriebeeinheit für einen Antrieb eines Rades an einem Schienenfahrzeug bekannt, die ein Getriebe, eine Verbindungswelle zur Verbindung von Rad und Getriebe und ein zwischen dem Rad und dem Getriebe vorgesehenes, an der Verbindungswelle angeordnetes und kardanisch wirkendes, zweiteiliges Kupplungssystem aufweist. Die Verbindungswelle ist durch eine hohle Radnabe geführt und ein erstes Teil des Kupplungssystems ist auf der dem Getriebe zugewandten Seite und ein zweiter Teil auf der dem Getriebe abgewandten Seite des Rades angeordnet. Der dem Getriebe zugewandte erste Teil des Kupplungssystems ist eine Zahnkupplung, insbesondere eine in ein Abtriebszahnrad des Getriebes integrierte Bogenzahnkupplung. Der dem Getriebe abgewandte zweite Teil des Kupplungssystems ist eine Ringscheibenkupplung. Die Ringscheibenkupplung ist derart weit von der Bogenzahnkupplung beabstandet, dass im Bereich zwischen diesen das Rad angeordnet ist.
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Aus der
DE 102 37 879 A1 ist ein Antrieb für ein Schienenfahrzeug bekannt, bei dem das von einem Traktionsmotor erzeugte Antriebsmoment mit einem Getriebe über eine Bogenzahnkupplung auf eine Antriebswelle und von dort wiederum über eine Bogenzahnkupplung auf eine Hohlachse mit den darauf montierten Radscheiben übertragen wird.
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Des Weiteren ist aus der
DE 20 2005 015 769 U1 eine kardanische Doppelgelenkkupplung für Schienenfahrzeuge mit zwei Gelenkebenen bekannt. Diese Doppelgelenkkupplung enthält zwei Kupplungsgelenke, die zur Drehmomentübertragung durch eine Ritzelhohlwelle über eine von der Ritzelhohlwelle umschlossene Welle miteinander verbunden sind.
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Schließlich ist aus der
DE 10 2010 019 392 B3 eine Antriebseinheit für Schienenfahrzeuge bekannt, die eine Welle umfasst, welche an ihren beiden Enden je einen Lagerzapfen zum Tragen eines Antriebsrades aufweist. Ferner umfasst die Antriebseinheit ein Tragrohr, das die Welle umgibt und auf dieser gelagert ist sowie einen Motor, der am Tragrohr gelagert ist. Darüber hinaus umfasst die Antriebseinheit ein Getriebe mit einem Stirnrad und einem Antriebsritzel sowie ein Gehäuse, welches das Stirnrad und das Antriebsritzel umgibt. Das Gehäuse besteht dabei aus einem einzigen Hauptteil und einem Deckel und weist eine Motorglocke auf, die eine feste Verbindung zwischen einem Motorgehäuse und dem Hauptteil des Gehäuses bildet.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen.
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Es wird eine Kupplungs-Getriebeeinheit, insbesondere für ein Schienenfahrzeug, vorgeschlagen, das ein Getriebe und ein Kupplungssystem aufweist. Das Getriebe ist derart ausgebildet, dass es zwischen einem Antrieb, insbesondere einem Elektro- oder Verbrennungsmotor, und einem mit diesem Antrieb anzutreibenden Rad angeordnet werden kann. Demnach ist der Antrieb über das Getriebe mit dem Rad gekoppelt. Vorzugsweise ist das Getriebe als Stirnradgetriebe ausgebildet. Das Kupplungssystem ist kardanisch ausgebildet, so dass ein Winkelversatz zwischen Wellen und/oder Zahnrädern ausgeglichen werden kann. Um einen möglichst großen Winkelversatz bei einem nur sehr gering zur Verfügung stehenden Bauvolumen zu ermöglichen, weist das kardanisch wirkende Kupplungssystem eine erste und eine zweite Kupplung auf. Ferner sind die beiden Kupplungen des Kupplungssystems antriebsseitig am Getriebe angeordnet, so dass das Getriebe kardanisch mit dem dafür vorgesehenen Antrieb koppelbar ist. Vorteilhafterweise sind somit Relativbewegungen zwischen dem Antrieb und dem Getriebe möglich, wodurch eine Federung des dafür vorgesehenen Rades ermöglicht wird. Erfindungsgemäß ist das Kupplungssystem zumindest teilweise innerhalb des Getriebes angeordnet, so dass das Getriebe und beispielsweise die zweite Kupplung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Mittels der erfindungsgemäßen Anordnung kann bei nur sehr gering zur Verfügung stehendem Bauraum eine ausreichende kardanische Länge zur Verfügung gestellt werden, wodurch die Federung des Rades besonders komfortable ausgebildet sein kann.
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Vorteilhaft ist es, wenn die erste Kupplung eine Ringscheibenkupplung ist, da diese aufgrund ihrer sehr schmalen Bauart nur wenig Bauraum in Anspruch nimmt. Somit kann die Breite der Kupplungs-Getriebeeinheit reduziert werden.
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Zur Reduktion der äußeren Abmaße der Kupplungs-Getriebeeinheit ist es vorteilhaft, wenn die zweite Kupplung eine Zahnkupplung, insbesondere eine Bogenzahnkupplung ist. Diesbezüglich ist es ferner vorteilhaft, wenn die zweite Kupplung in ein Antriebszahnrad des Getriebes integriert ist.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die zweite Kupplung durch einen Schmierölkreislauf des Getriebes geschmiert wird. Das heißt, dass die zweite Kupplung und andere Komponenten des Getriebes durch einen gemeinsamen Schmierölkreislauf mit Schmieröl versorgt werden. Vorteilhafterweise erübrigt sich somit eine separate Schmierung der zweiten Kupplung, da diese automatisch mit dem Schmiermittel des Getriebes versorgt wird. Durch diese konstruktive Vereinfachung kann die Kupplungs-Getriebeeinheit kostengünstiger hergestellt werden und es entfällt der Wartungsaufwand für einen separaten Schmierstoffwechsel an der zweiten Kupplung.
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Ferner kann die Breite der Kupplungs-Getriebeeinheit reduziert werden, wenn die zweite Kupplung im Kraftfluss zwischen der ersten Kupplung und dem Getriebe angeordnet ist. Somit kann die Kupplungs-Getriebeeinheit auch bei derartigen Schienenfahrzeugen verbaut werden, bei denen zwischen dem Antrieb und dem Rad nur ein sehr begrenztes Bauvolumen zur Verfügung steht. Da die erste Kupplung beispielsweise in ihrer Ausbildung als Ringscheibenkupplung keine Schmierung benötigt, kann diese im Bereich mit dem damit zu koppelnden Antrieb angeordnet sein.
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Zur Übertragung eines Drehmomentes von dem Antrieb auf das Rad ist es vorteilhaft, wenn die erste Kupplung an ihrer der zweiten Kupplung abgewandten Stirnseite derart ausgebildet ist, dass sie mit dem dafür vorgesehenen Antrieb drehfest koppelbar ist. Durch die Vermeidung zusätzlicher Komponenten zum Koppeln des Antriebes mit der ersten Kupplung kann ferner die Breite der Kupplungs-Getriebeeinheit reduziert werden, so dass auch bei einem nur sehr begrenzt zur Verfügung stehenden Bauvolumen die Kupplungs-Getriebeeinheit verbaubar ist.
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Die zweite Kupplung weist eine Welle auf, die sich vom Gehäuseinneren nach außen erstreckt. An dem freien Ende der Welle ist die erste Kupplung drehfest angeordnet. Hierdurch kann vorteilhafterweise eine Drehmomentübertragung zwischen den beiden Kupplungen erfolgen.
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Die erste Kupplung weist an ihrer der zweiten Kupplung zugewandten Stirnseite ein Befestigungselement zum drehfesten Koppeln der beiden Kupplungen miteinander auf. Das Befestigungselement ist plan, als Vertiefung oder als Fortsatz an der Stirnseite der ersten Kupplung ausgebildet und nimmt das freie Ende der Welle auf. Die Kupplungs-Getriebeeinheit kann insbesondere dann in einem nur sehr begrenzt zur Verfügung stehenden Bauraum integriert werden, wenn das Befestigungselement plan oder als Vertiefung auf der Stirnseite ausgebildet ist und/oder wenn das als Fortsatz ausgebildete Befestigungselement kürzer ausgebildet ist als die Welle der zweiten Kupplung. Hierdurch kann die Breite der Kupplungs-Getriebeeinheit massiv reduziert werden, so dass eine kardanische Kopplung im antriebsseitigen Bereich des Getriebes mit dem dafür vorgesehenen Antrieb erfolgen kann.
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Die Breite der Kupplungs-Getriebeeinheit kann auch dadurch reduziert werden, wenn die Welle der zweiten Kupplung im Wesentlichen bündig mit einer Außenfläche des Gehäuses abschließt. Demnach steht die Welle der zweiten Kupplung nur geringfügig aus dem Gehäuse hervor, so dass das Gehäuse mittels einer Dichtung im Bereich der austretenden Welle abdichtbar ist. Die Ringscheibenkupplung ist vorteilhafterweise derart nah am Gehäuse angeordnet, dass sie mit einem möglichst geringem Abstand zu diesem zu rotieren vermag.
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Vorteilhafterweise ist die Kupplungs-Getriebeeinheit zusammen mit dem dafür vorgesehenen Rad als eine gegenüber dem Antrieb bewegliche Einheit ausgebildet. Bei einer derartigen Anordnung kann aufgrund der erfindungsgemäßen Kupplungs-Getriebeeinheit mit antriebsseitiger, kardanisch wirkendender Kupplung im abtriebsseitigen Bereich des Getriebes auf eine kardanisch wirkende Kupplung verzichtet werden.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn am Gehäuse, insbesondere an einem Ende des Gehäuses, eine Befestigungsvorrichtung angeordnet ist, mittels derer die Kupplungs-Getriebeeinheit schwenkbar an einem Gestell des dafür vorgesehenen Fahrzeuges, insbesondere Schienenfahrzeuges, befestigbar ist. Diesbezüglich ist es vorteilhaft, wenn das antriebsseitig am Getriebe angeordnete Kupplungssystem nah an der Befestigungsvorrichtung angeordnet ist und/oder ein abtriebsseitig am Getriebe ausgebildeter Aufnahmebereich, insbesondere für eine Getriebewelle zur Aufnahme des dafür vorgesehenen Rades, in einem größeren Abstand als das Kupplungssystem angeordnet ist. Vorteilhafterweise kann somit in Bezug auf das Kupplungssystem eine geringere kardanische Länge realisiert und in Bezug auf die Getriebewelle ein besonders langer Federweg für das dafür vorgesehene Rad bereitgestellt werden.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Kupplungs-Getriebeeinheit,
- 2 eine Seitenansicht der Kupplungs-Getriebeeinheit und
- 3 eine Draufsicht der Kupplungs-Getriebeeinheit.
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Die 1 und 2 zeigen eine Kupplungs-Getriebeeinheit 1 mit einem Getriebe 2 und einem kardanisch wirkenden Kupplungssystem 3. Das Kupplungssystem 3 umfasst eine erste Kupplung 4 und eine zweite Kupplung 5, die in der Schnittansicht der 3 ersichtlich ist. Die Kupplungs-Getriebeeinheit umfasst ein Gehäuse 6 in dem das Getriebe 2 sowie die zweite Kupplung 5 angeordnet sind. Die zweite Kupplung 5 benötigt somit keine separate Schmierung, sondern ist im Gehäuse 6 zugleich mit dem Schmiermittel des Getriebes 2 versorgt.
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An einem Ende 7 des Gehäuses 6 ist eine Befestigungsvorrichtung 8 angeordnet. Mit dieser kann die Kupplungs-Getriebeeinheit 1 beweglich an einem hier nicht dargestellten Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, befestigt werden. Die Befestigung erfolgt insbesondere an einem Gestell des Schienenfahrzeuges, das gegenüber seinen hier ebenfalls nicht dargestellten Rädern mittels eines Federsystems federnd gelagert ist. An dem Gestell ist ein Antrieb, insbesondere ein Elektro- oder Verbrennungsmotor, angeordnet, der sich beim Ein- und Ausfedern des Gestells relativ zu zumindest einem der Räder bewegt. Hierdurch erfolgt ein Winkelversatz zwischen miteinander gekoppelten Wellen und/oder Zahnrädern des Antriebes mit der Kupplungs-Getriebeeinheit. Zum Ausgleich dieser Winkelversätze ist das Kupplungssystem 3 in einem antriebsseitigen Bereich 11 des Getriebes 2 angeordnet.
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Gemäß 1 kann in einem abtriebsseitigen Bereich 9 des Getriebes 2 eine hier nicht dargestellte Radsatzwelle mit mindestens einem Rad mit dem Getriebe2 gekoppelt werden. Demnach bildet die Kupplungs-Getriebeeinheit 1 mit dem Rad eine gegenüber dem Gestell des Schienenfahrzeuges bewegliche Einheit aus. Um einen möglichst großen Federweg zu ermöglichen ist der abtriebsseitige Bereich 9, in dem das hier nicht dargestellte Rad koppelbar ist, möglichst weit von der Befestigungsvorrichtung 8 angeordnet. Im Gegensatz dazu ist das Kupplungssystem 3 nahe an der Befestigungsvorrichtung 8 angeordnet, so dass die benötigte kardanische Länge reduziert wird.
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Wie in 1 dargestellt ist die erste Kupplung 4 im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Ringsscheibenkupplung ausgebildet. Die erste Kupplung 4 befindet sich außerhalb des Gehäuses 6. Somit ist die zweite Kupplung 5, die vorliegend als Zahnkupplung ausgebildet ist, zwischen dem Getriebe 2 und der ersten Kupplung 4 angeordnet.
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Die erste Kupplung 4 ist an ihrer der zweiten Kupplung 5 abgewandten Stirnseite 10a derart ausgebildet, dass sie mit dem hier nicht dargestellten Antrieb drehfest koppelbar ist. Der zur Verfügung stehende Bauraum zwischen der zweiten Kupplung 5 und dem hier nicht dargestellten Antrieb ist sehr gering. Da die erste Kupplung 4 als Ringscheibenkupplung sehr schmal ausgebildet ist, findet sie vorteilhafterweise problemlos Platz. Andere bekannte kardanische Kupplungen können dieses Erfordernis nicht erfüllen. Um die nötige kardanische Länge zu realisieren, ist die erste Kupplung 4 mit der zweiten Kupplung 5 gekoppelt. Durch das Zusammenwirken der beiden Kupplungen 4, 5 ermöglicht das Kupplungssystem 3 eine ausreichend große kardanische Länge bei minimalem Bauraum zwischen dem Antrieb und dem Getriebe, so dass die Kupplungs-Getriebeeinheit 1 sehr schmal ausgebildet ist.
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Insbesondere bei Schienenfahrzeugen, bei denen das Rad und das Getriebe 2 eine gegenüber dem Gestell des Schienenfahrzeuges bewegliche Einheit bilden, steht im Bereich zwischen dem Antrieb und dem Getriebe 2, die sich zueinander relativ bewegenden, ein nur sehr kleiner Bauraum zur Verfügung, um das kardanisch wirkende Kupplungssystem 3 zu integrieren. Infolgedessen muss das Kupplungssystem 3, wie vorliegend, sehr kompakt ausgebildet sein.
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3 verdeutlicht die kompakte Ausbildung des antriebsseitig angeordneten Kupplungssystems 3, wodurch die Breite der Kupplungs-Getriebeeinheit 1 sehr schmal gehalten ist. Die zweite Kupplung 5 ist im antriebsseitigen Bereich 11 des Getriebes 2 ausgebildet und mit dem Getriebe gekoppelt. Zur Breitenreduktion der Kupplungs-Getriebeeinheit 1 ist die zweite Kupplung 5 mit dem Getriebe 2 derart gekoppelt, dass es in einem Antriebszahnrad 12 des vorliegend als Stirnradgetriebe ausgebildeten Getriebes 2 integriert ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die zweite Kupplung 5 somit im Wesentlichen als eine Bogenzahnkupplung ausgebildet.
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Die zweite Kupplung 5 und das Getriebe 2 weisen aufgrund ihrer gemeinsamen Anordnung im Gehäuse 6 den gleichen Schmiermittelkreislauf auf. Eine separate Schmierung der zweiten Kupplung 5 ist somit nicht notwendig wodurch sich der Wartungsaufwand reduziert.
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Gemäß 3 weist die zweite Kupplung 5 eine koaxial zum Antriebszahnrad 12 angeordnete Welle 13 auf. Um die Breite der Kupplungs-Getriebeeinheit 1 möglichst gering zu halten, erstreckt sich die Welle 13 nur geringfügig aus einer Austrittsöffnung 17 des Gehäuses 2. Die erste Kupplung 4 ist im Bereich ihrer der zweiten Kupplung 5 zugewandten Stirnseite 10b am freien Ende 14 der Welle 13 mit dieser drehfest verbunden. Vorliegend ist dies über eine verschraubte Planverzahnung gelöst, jedoch ist auch jegliche andere Verbindung vorstellbar.
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Der Abstand zwischen einer im Bereich der Austrittsöffnung 17 ausgebildeten Außenfläche 15 des Gehäuses 6 und der der zweiten Kupplung 5 zugewandten Stirnseite 10b ist möglichst klein und somit gerade so groß, dass die als Ringscheibenkupplung ausgebildete erste Kupplung 4 ohne mit dem Gehäuse 6 zu kollidieren rotieren kann. Um einen derart geringen Abstand zu realisieren, schließt im vorliegenden Ausführungsbeispiel das freie Ende 14 der Welle 13 bündig mit der Außenfläche 15 des Gehäuses 6 ab. Die erste Kupplung 4 weist an ihrer der zweiten Kupplung 5 zugewandten Stirnseite 10b einen Fortsatz 16 auf. Der Fortsatz 16 beabstandet somit die erste Kupplung 4 vom Gehäuse 6 derart, dass sie ohne mit dem Gehäuse 6 zu kollidieren zu rotieren vermag.
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Die aus der Welle 13 und dem Fortsatz 16 zusammengesetzte Länge ist möglichst gering, so dass die erste Kupplung 4 in dem nur sehr begrenzt zur Verfügung stehenden Bauraum zwischen Getriebe 2 und dem hier nicht dargestellten Antrieb anbringbar ist. Um eine möglichst schmale Bauform der Kupplungs-Getriebeeinheit 1 sicherzustellen, ist der Fortsatz 16 kürzer ausgebildet als die Welle 13 der zweiten Kupplung 5. Aufgrund dieser zweitteiligen Ausführungsform von Welle 13 und Fortsatz 16 wird die Montage sowie das Auswechseln der beiden Kupplungen 4, 5 erleichtert.
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In einem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Fortsatz 16 auch derart kurz ausgebildet sein, dass er im Wesentlichen bündig mit der Stirnseite 10b der ersten Kupplung 4 abschließt. Die Welle 13 ist somit im Bereich ihres freien Endes 14 unmittelbar an der Stirnseite 10b der ersten Kupplung 4 befestigt. Alternativ kann das freie Ende 14 auch in einer Vertiefung der Stirnseite 10b gehalten sein.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn sie in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungs-Getriebeeinheit
- 2
- Getriebe
- 3
- Kupplungssystem
- 4
- erste Kupplung
- 5
- zweite Kupplung
- 6
- Gehäuse
- 7
- Ende
- 8
- Befestigungsvorrichtung
- 9
- abtriebsseitiger Bereich
- 10
- Stirnseite
- 11
- antriebsseitiger Bereich
- 12
- Antriebszahnrad
- 13
- Welle
- 14
- freies Ende
- 15
- Außenfläche
- 16
- Fortsatz
- 17
- Austrittsöffnung