Beschreibung Elektrischer Direktantrieb Die Erfindung betrifft einen elektrischen Direktantrieb eines Radsatzes eines Fahrzeuges. Das Fahrzeug ist insbesondere ein Schienenfahrzeug wie beispielsweise ein Zug, ein Triebwagen, eine Lok oder eine Straßenbahn. Aus der Offenlegungsschrift DE 100 47 911 AI ist ein Antrieb eines Radsatzes eines Fahr- zeuges bekannt, der zwei auf einer Radsatzwelle befindliche Räder aufweist. Die Räder sind durch zumindest einen die Radsatzwelle umfassenden Innenläufermotor antreibbar. Der In- nenläufermotor weist einen Ständer und einen Läufer auf. Der rohrförmig ausgebildete Läufer weist Permanentmagnete an des- sen Oberfläche auf. Beim Einsatz des elektrischen Direktan- triebes beispielsweise bei Schienenfahrzeugen ist es nicht auszuschließen, dass auch im Betrieb die Radsatzwelle unzu- lässig beschädigt wird.

Elektrische Direktantriebe weisen einen elektrischen Motor auf, wobei dieser insbesondere ein Synchronmotor oder ein Asynchronmotor ist. Synchronmotoren wie auch Asynchronmotoren haben trotz guten Wirkungsgrades Verluste im Läufer. Diese Verluste führen zu einer Erwärmung des Läufers. Je größer die Erwärmung des Läufers ist, desto geringer ist der Wirkungs- grad der elektrischen Maschine wie beispielsweise des Syn- chronmotors bzw. des Asynchronmotors.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen elektrischen Direktantrieb zu verbessern. Die Verbesserung betrifft insbe- sondere die Kühlung des elektrischen Direktantriebes bzw. den Schutz einer Radsatzwelle des elektrischen Direktantriebes vor Beschädigung.

Die Aufgabe wird gelöst, durch einen elektrischen Direktan- trieb mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Die Unteransprüche 2

bis 10] betreffen erfinderische Weiterbildungen des elektri- schen Direktantriebes.

Erfindungsgemäß weist ein elektrischer Direktantrieb eines Radsatzes eines Fahrzeuges einen Ständer und einen Läufer auf, wobei der Läufer mechanisch mit einer Radsatzwelle ge- koppelt ist. Zumindest der Läufer weist dabei eine Kühlein- richtung auf. Mit Hilfe der Kühleinrichtung ist der Läufer kühlbar. Durch die Kühlung des Läufers ist die Leistungsfä- higkeit des elektrischen Direktantriebes verbesserbar. Ver- luste im Läufer sind mittels der Kühleinrichtung abführbar, so dass eine möglichst gute Ausnutzung des elektrischen Di- rektantriebes ermöglicht ist. Die Ausnutzung betrifft eine elektrische Maschine, wobei die elektrische Maschine Teil des elektrischen Direktantriebes ist, welche neben der elektri- schen Maschine, welche den Ständer und den Läufer aufweist, auch zumindest eine Radsatzwelle aufweist.

Die Kühleinrichtung weist insbesondere Kühlkanäle, einen Lufteinlass und zumindest einen Lüfter auf. Die Kühlkanäle verlaufen vorteilhafter Weise innerhalb der Läufers. Der Lüf- ter ist als Lüfter für den Läufer einsetzbar, wobei vorteil- hafter Weise dieser Lüfter auch zur Kühlung des Ständers heranziehbar ist. Der Lüfter ist insbesondere ein Sauglüfter bzw. auch ein Drucklüfter. Als Sauglüfter bildet der Lüfter den insbesondere ein Luftauslass der Kühleinrichtung mit aus.

Vorteilhafter Weise ist die Radsatzwelle zwischen Rädern des Radsatzes mittels der elektrischen Maschine des elektrischen Direktantriebes vollständig umhüllt. Durch die Umhüllung ist die Radsatzwelle vor Beschädigungen geschützt. Beschädigungen können bei Schienenfahrzeugen z. B. durch während der Fahrt hochgeschleuderten Schotter bzw. auch hochgesaugten Schmutz verursacht werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der elektrische Direktantrieb und/oder die Kühleinrichtung zumindest ein Mit- tel zum Schutz der Radsatzwelle auf.

Ist beispielsweise der elektrische Direktantrieb als Fahran- trieb für ein Schienenfahrzeug direkt auf eine Radsatzwelle montiert, so sind verbleibende offene Stellen der Radsatzwel- le mittels des elektrischen Direktantriebs bzw. mittels der elektrischen Maschine des elektrischen Direktantriebes vor Beschädigungen schützbar. In den Radsatzwellenbereich ein- dringende Verschmutzung ist dabei zurückführbar bzw. derart ablagerbar, dass eine funktionsgefährdende Beschädigung der Radsatzwelle nicht erfolgt bzw. reduziert ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Läufer zumin- dest eine Läufernabe auf. Die Läufernabe ist mit der Radsatz- welle mechanisch gekoppelt, wobei die Läufernabe über zumin- dest einem Läufersteg mit einem Läuferreaktionsteil-Aufnehmer verbunden ist. Der Läuferreaktionsteil-Aufnehmer ist als Auf- nehmer für einen Läuferreaktionsteil vorgesehen. Das Läufer- reaktionsteil weist beispielsweise Permanentmagnete auf. Mit- tels der Ausbildung von Stegen innerhalb des Läufers sind Kühlkanäle ausbildbar. Die Stege sind derart ausgeführt, dass ein axialer Kanal zur Führung von Kühlluft ausbildbar ist. An einen axialen Ende des Läufers ist beispielsweise ein Lüfter befestigt, der mit der Drehzahl des Radsatzes umläuft. Mit- tels des Lüfters ist durch eine Öffnung am anderen axialen Ende des Läufers Luft ansaugbar. Diese Luft wird insbesondere durch eine Luftleiteinrichtung im Inneren des Läufers gezielt zu den Innenwänden des Aufnehmers des Läuferreaktionsteils geleitet. Einen Lufteintritt in den Läufer bildet beispiels- weise ein stehender also mit dem Läufer nicht mitbewegter Lufteinlass.

In weiteren Ausführungsformen ist der Lufteinlass auch derart ausführbar, dass sich dieser mit dem Läufer mitbewegt. Vor- teilhafter Weise weist der elektrische Direktantrieb zumin-

dest einen Radscheibenabschluss auf, wobei vorteilhaft an beiden Rädern des Radsatzes ein Radscheibenabschluss anliegt.

Der Radscheibenabschluss ist so ausführbar, dass sich dieser synchron mit dem Rad dreht. Dadurch ergibt sich kein Ver- schleiß des Radscheibenabschlusses bzw. des Rades (Radschei- be). Dies ist insbesondere dann vorteilhaft wenn die Räder nicht symmetrisch bzw. synchron zum Läufer bewegbar sind.

Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Radsatzwelle einer Biegebeanspruchung unterliegt und etwas durchbiegt. Ist dies nicht zu erwarten, so ist der Radscheibenabschluss auch an den Läufer koppelbar. Der Radscheibenabschluss ist eigen- ständiges Teil bzw. auch als Teil der Kühleinrichtung oder als Teil eines Gehäuses des elektrischen Direktantriebes oder als Teil eines Gehäuses der elektrischen Maschine ausführbar.

In einer weiteren Ausgestaltungsform des elektrischen Direkt- antriebes ist der Lüfter auf der Radsatzwelle befestigt. Da- durch ist ein erhöhter Schutz der Radsatzwelle in dem Bereich der Befestigung gegeben.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Lüfter bzw. der Lufteinlass Bestandteile einer Lagerabdichtung. Dadurch ist ein verbesserter Schutz der Lager des elektrischen Direktan- triebes erzielbar. Mit Hilfe der Lager ist der Läufer bezüg- lich des Ständers rotatorisch bewegbar.

Beim erfindungsgemäßen elektrischen Direktantrieb ist wie be- reits beschrieben der Schutz der Radsatzwelle vor insbesonde- re Schmutzeintritt oder Beschädigung verbesserbar. Dies ist insbesondere dadurch erreichbar, dass der bezüglich des Läu- fers axial endseitige Lüfter und der axial endseitige Luft- einlass so ausgebildet sind, dass diese möglichst dicht mit Radscheiben der Räder des Radsatzes abschließen. Damit ist die Radsatzwelle zwischen den Rädern des Radsatzes vollstän- dig umschlossen und vor Beschädigungen besser geschützt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Mittel zum Schutz der Radsatzwelle eine Fangeinrichtung, wobei die Fangeinrichtung insbesondere ein Teil des Lüfters bzw. ein Teil des Lufteinlasses ist. Die Fangeinrichtung ist bei- spielsweise als eine Art Fangrinne im Inneren des elektri- schen Direktantriebes ausgebildet, wobei eintretender grober Schmutz mittels der Fangeinrichtung auffangbar ist. Vorteil- hafter Weise ist die Fangeinrichtung derart ausgebildet, dass eintretender grober Schmutz bzw. Fremdkörper nach Außen, also außerhalb des elektrischen Direktantriebs bzw. außerhalb der elektrischen Maschine herausleitbar sind.

Durch weitere Leiteinrichtungen im Inneren des Läufers kann beispielsweise zusätzlich sichergestellt werden, dass Schmutz bzw. Fremdkörper der trotzdem ins Innere gelangt nicht lau- fend auf die Radsatzwelle zurückfällt während diese bewegt wird. Fremdkörper bzw. Schmutz verbleiben derart im Inneren des elektrischen Direktantriebes, dass die Radsatzwelle nicht unzulässig beschädigt wird. Bei einer vorzunehmenden Reini- gung sind derartige im Inneren des elektrischen Direktan- triebs verbliebende Fremdkörper bzw. Schmutz entfernbar.

Vorteilhafter Weise sind Innenwände des Läufers, insbesondere Innenwände des Läuferreaktionsteil-Aufnehmers bzw. auch Wände der Kühlluftkanäle mit einer schmutzbindenden Oberfläche ver- sehen. Beispiele für schmutzbindende Oberflächen sind rauhe Oberflächen bzw. auch Oberflächen die einen Klebstoff aufwei- sen. Durch eine derartige schmutzbindende Oberfläche sind Schmutz bzw. auch Fremdkörper derart an eine Oberfläche haf- tend anbringbar, dass der Schmutz bzw. die Fremdkörper inner- halb des elektrischen Direktantriebes nicht mehr frei beweg- lich sind. Durch eine freie Beweglichkeit könnten Beschädi- gungen der Radsatzwelle bzw. auch des Läufers auftreten. Ist die schmutzbindende Oberfläche rotatorisch bewegt und weist diese eine Flächennormale in Achsrichtung auf, so unterstützt die Fliehkraft die bewegungshemmende Wirkung der schmutzbin- denden Oberfläche vorteilhaft.

Durch die Erfindung ist eine Läuferkühlung für einen Läufer einer elektrischen Maschine eines elektrischen Direktantrie- bes für eine Radsatzwelle ausführbar, der neben der Kühlung gleichzeitig die Aufgabe erfüllt, die Radsatzwelle zu schüt- zen. Vorteilhafter Weise weist die Kühleinrichtung für den Läufer auch Teile auf, welche Teil der Lagerabdichtung sind.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Mittel zum Schutz der Radsatzwelle eine Schmutzleiteinrichtung. Mit Hilfe der Schmutzleiteinrichtung ist Schmutz in bestimmte Be- reiche im Inneren des elektrischen Direktantriebes leitbar, wobei diese Bereiche auch Ablagerungsbereiche für Schmutz bzw. auch Fremdkörper darstellen können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Luft- einlass eine Rückprallwand auf. Mit Hilfe einer Rückprallwand die eine bestimmte Schrägung bezüglich zu erwartender ein- dringender Fremdkörper aufweist, sind Fremdkörper, welche in das Innere des elektrischen Direktantriebes eindringen können abweisbar. Die Rückprallwand ist also derart auszuführen, dass Fremdkörper welche in den Lufteintritt gelangen durch diese Rückprallwand aus der Öffnung des Lufteintrittes wieder herausprallen.

Zum Schutz der Radsatzwelle weist diese zwischen den Rädern des Radsatzes eine durchgehende Ummantelung auf. Diese Umman- telung ist wie obig bereits beschrieben beispielsweise durch eine Vielzahl von Komponenten des elektrischen Direktantrie- bes erzielbar. Beispiele dieser Komponenten sind die elektri- sche Maschine, die Kühleinrichtung, oder auch Radscheibenab- schlüsse.

Im folgenden wird die Erfindung in einem in der Figur darge- stellten Beispiel beispielhaft beschrieben.

Die Darstellung gemäß FIG 1 zeigt einen elektrischen Direkt- antrieb 1. Der elektrische Direktantrieb 1 weist eine elek-

trische Maschine 2 auf. Die elektrische Maschine 2 weist wie- derum einen Ständer 7 und einen Läufer 3 auf. Zur Kühlung des Ständers 7 ist ein Kühlmantel 5 vorgesehen, welcher Ständer- kühlkanäle 6 aufweist. Neben der elektrischen Maschine 2 weist der elektrische Direktantrieb eine Radsatzwelle 11 auf.

Die Radsatzwelle ist mit dem Läufer 3 der elektrischen Ma- schine 2 mechanisch gekoppelt. Die mechanische Kopplung er- folgt beispielsweise durch Aufschrumpfen des Läufers 3 auf der Radsatzwelle 11. Der Läufer 3 weist zumindest einen vor- teilhafter Weise mehrere Kühlkanäle 22 auf. Zur Ausbildung des Kühlkanals 22 sind Öffnungen 23,25 und 27 im Läufer 3 vorgesehen, wobei der Läufer 3 Stege 20 und 21 aufweist. Die Öffnungen 23 und 27 sind mittels der Stege 20 gebildet. Die Öffnung 23 ist mittels eines Läufersteges 21 ausgebildet. Der Läufersteg 21 führt zu einer Läufernabe 19. Die Läufernabe 19 ist mit der Radsatzwelle 11 direkt mechanisch gekoppelt. Die Läufernabe 19 ist über Läuferstege 20,21 mit einem Aufnehmer 14 für ein Läuferreaktionsteil 15 verbunden. Das Läuferreak- tionsteil 15 weist beispielsweise Permanentmagnete auf. Das Läuferreaktionsteil 15 ist gegenüber dem Ständer 7 durch ein Schutzteil 17 geschützt.

Die Radsatzwelle 11 ist mit einem Radsatz 30 verbunden, wobei der Radsatz 30 Räder 31 und 32 aufweist. Die Räder 31,32 sind mittels einer schematisch angedeuteten Bremse 47 brems- bar. Der Läufer 3 ist gegenüber dem Ständer 7 mittels von La- gern 43 bewegbar. Die Lager 43 weisen eine Lagerabdichtung 29 auf. Der Läufer 3 ist mittels eines Lüfters 9 kühlbar. Der Lüfter 9 weist zur Erzeugung eines Luftstromes Lüfterflügeln 10 auf. Als Sauglüfter saugt der Lüfter 9, welcher als ein Eigenlüfter an den Läufer 3 gekoppelt ist bei einer rotatori- schen Bewegung des Läufers 3 Kühlluft von einem Lufteinlass 37 an. Der Lufteinlass 37 ist beispielsweise als Düse ausge- führt. Die als Pfeil 8 dargestellte Kühlluft verläuft durch den Kühlkanal 22. Der Lufteinlass 37 weist eine Lufteinlass- öffnung 36 auf. Über diese Lufteinlassöffnung 36 können nachteilig beispielsweise Schmutzpartikel, Steine, andere

Fremdkörper (49) oder ähnliches, welche insbesondere im Fahr- betrieb vom Boden in Richtung des Lufteinlasses 36 hochge- schleudert werden, in die elektrische Maschine 2 gelangen.

Derartige Körper sind durch verschiedene Maßnahmen daran ge- hindert die Radsatzwelle 11 zu beschädigen bzw. werden daran gehindert in die elektrische Maschine 2 zu gelangen. Ein Mit- tel zur Verhinderung einer Beschädigung der Radsatzwelle 11 ist die Schrägung 38 des Lufteinlasses 37. Die Schrägung 38 ist derart ausgeführt, dass Fremdkörper durch eine Rückprall- wand 40 rückschleuderbar sind. Gelangt dennoch ein Fremdkör- per 49 weiter in den Lufteinlass 37 so wird der Fremdkörper 49 mittels einer Fangeinrichtung 35 vor dem Auftreffen auf die Radsatzwelle 11 gehindert. Die Fangeinrichtung 35 bildet eine Art Rinne, wobei die Fangeinrichtung 35 vorteilhafter Weise eine Nase 45 aufweist. Die Nase 45 ist dafür vorgese- hen, dass ein Fremdkörper 49 von dieser Nase 45 zurück zur Lufteinlassöffnung 36 lenkbar ist, damit der Fremdkörper 49 den Bereich des Lufteinlasses 37 durch die Lufteinlassöffnung 36 wieder verlässt. Der Lufteinlass 37 weist vorteilhafter Weise einen Radscheibenabschluss 41 auf. Der Radscheibenab- schluss 41 liegt an dem Rad 31 an bzw. zumindest nahe an die- sem, so dass derart Fremdpartikel die zu einer Beschädigung der Radsatzwelle 11 führen können, von dieser Radsatzwelle 11 abhaltbar sind. Auch der Lüfter 9 weist vorteilhafter Weise einen Radscheibenabschluss 42 auf. Der Radscheibenabschluss 42 dient ebenso wie der Radscheibenabschluss 41 dem Schutz der Radsatzwelle 11.

Der Kühlkanal 22 weist beispielsweise zumindest eine Luft- leiteinrichtung 39 auf. Die Luftleiteinrichtung 39 dient vor- teilhafter Weise zum Leiten der Kühlluft. Die Luftleitein- richtung ist auch derart ausbildbar, dass durch diese ein Schutz der Radsatzwelle 11 erfolgt. Dazu weist die Luftleit- einrichtung 39 insbesondere eine Schmutzleiteinrichtung 33 auf bzw. ist derart ausgebildet, dass durch ein Bauteil so- wohl eine Luftleitung als auch eine Schutzwirkung für die Radsatzwelle erzielbar ist.