Elektrischer Antrieb für Schienenfahrzeuge und spurgebundene Fahrzeuge

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb für Schie¬ nenfahrzeuge und spurgebundene Fahrzeuge, mit einem Elektro¬ motor und wenigstens einem auf der Motorwelle angeordneten Lüfterrad.

Elektromotoren für schienen- und spurgebundene Fahrzeuge, wie Drehstrom-Bahnmotoren, werden in zunehmendem Maße mit hohen Drehzahlen betrieben, um die Motor-Drehmomente und somit das Motorgewicht wie auch die Bauform klein zu halten. Gemäß der DE-B-25 14 265 ist zur Motorkühlung ein fest auf der Motor¬ welle angeordnetes Lüfterrad vorgesehen, das mit der jewei¬ ligen Motordrehzahl angetrieben wird und die Umgebungsluft entweder durch den Motor oder durch spezielle Außen-Kühlka- näle saugt oder drückt.

Um von der Umgebungsluft und der Luftfördermenge des Motors unabhängig zu sein, wurden auch schon aufwendige Fremdkühlsy- steme vorgeschlagen, die entweder auf der Basis einer Fremd¬ belüftung mit Luftführung und eigenem Gebläsemotor oder auf der Basis einer Wasserkühlung arbeiten. Diese Kühlsysteme und ihre Steuerungen sind sehr aufwendig.

Um das durch einen Ventilator mit zunehmender Rotationsge¬ schwindigkeit ansteigende Motorengeräusch zu reduzieren, ist aus der CH-A-664 242 ein Kühlluftventilator für eine drehende elektrische Maschine bekannt, mit einem an einem Joch befe¬ stigten Stator und einem auf einer drehbar auf dem Joch ge¬ stützten Welle befestigten Rotor, wobei der Kühlluftventila¬ tor drehbar mittels eines Lagers auf der Welle angeordnet ist. Eine Mehrzahl von Magnetpaaren sind auf dem Rotor oder dem Ventilator befestigt. Eine nicht eisenhaltige Scheibe ist am Ventilator oder dem Rotor befestigt und weist einen ring-

förmigen, zwischen den Magnetpaaren angeordneten Flansch auf. Der Ventilator wird durch die Wechselwirkung zwischen den Ma¬ gneten und im Scheibenflansch induzierten Wirbelströmen ange¬ trieben. Es tritt ein als Funktion der Geschwindigkeit an- steigender Schlupf auf, wobei der durch den Ventilator be¬ wirkte Geräuschpegel reduziert wird. Bei hohen Motordrehzah¬ len kann es bei ausreichender Fahrtwindkühlung wünschenswert sein, daß die Mitnahmewirkung der Kupplung bis zur Wirkungs- losigkeit aufhebbar ist. Dies läßt sich mit der bekannten Ma- gnetkupplung nicht erreichen.

Es wurde gefunden, daß bei der eingangs beschriebenen Motor¬ kühlung mittels eines fest auf der Motorwelle sitzenden Lüfterrades die Kühlluftmenge in hohem Maße drehzahlpropor- tional zur jeweiligen Motordrehzahl ist, wodurch in der Regel im Bereich hoher Drehzahlen eine zur Kühlung nicht erforder¬ liche große Kühlluftmenge entsteht, die einen hohen Energie¬ verbrauch und erhebliche Störgeräusche verursacht. Der hohe Energieaufwand trägt seinerseits wieder zu einer unnötigen Erwärmung des Antriebsmotors bei.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektrischen Antrieb für Schienenfahrzeuge und spurgebundene Fahrzeuge bezüglich der Kühlung des Antriebsmotors zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine von der Motordrehzahl und der Fliehkraft abhängige Reibungs- Schlupfkupplung zwischen der Motorwelle und dem frei drehbar auf der Motorwelle gelagerten Lüfterrad vorgesehen ist, wobei die Reibungs-Schlupfkupplung eine auf der Motorwelle fest sitzende Scheibe umfaßt, mit der wenigstens ein Mitnehmer des Lüfterrades im Reibschluß kuppelbar ist, und wobei die Mitnahmewirkung der Reibungs-Schlupfkupplung fliehkraft¬ abhängig ab einer bestimmten Motordrehzahl abnimmt und bei abfallender Motordrehzahl automatisch wieder bis zu einer schlupffreien Kraftübertragung zunimmt. Damit wird erreicht, daß die Kühlluftmenge bei niedrigeren Motordrehzahlen in

ausreichendem Maße zur Verfügung steht, während die zu för¬ dernde Kühlluftmenge bei höheren oder hohen Motordrehzahlen nicht mehr proportional zur steigenden Motordrehzahl ansteigt bzw. bei hoher Motordrehzahl und dabei ausreichender Fahrtluftkühlung durch Aufhebung der Mitnahmewirkung nicht mehr zunimmt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Reibungs-Schlupfkupplung in der Mitnahmewirkung einstellbar ausgebildet ist. Ferner ist vorgesehen, daß der oder die Mitnehmer des Lüfterrades mittels Trägerelemente am Lüfterrad aufgehängt sind, die unter Einwirkung der Flieh¬ kraft ein federelastisches Abheben und Zurückstellen der Mitnehmer gegen den Außendurchmesser der Scheibe der Motor- welle ermöglichen. Die Erfindung schafft eine von der Motor¬ drehzahl in ihrer Wirkung abhängige Reibungs-Schlupfkupplung, derart, daß die Mitnahmewirkung der Kupplung mit steigender Drehzahl der Motorwelle bis zur Wirkungslosigkeit aufhebbar ist und bei abfallender Motordrehzahl wieder bis auf die volle Mitnahmewirkung zunimmt.

Dabei wird eine an den Fahrbetrieb angepaßte Motorkühlung erreicht, ohne daß auf die bekannte Fremdbelüftung oder Wasserkühlung zurückgegriffen werden muß und ohne einen großen technischen Bauaufwand bzw. die Notwendigkeit, spezi¬ elle und teuere Schalt- und Überwachungsgeräte einzusetzen. Ferner kann der elektrische Antrieb mit einfacher und robuster Eigenbelüftung ausgeführt werden.

In vorteilhaf er Ausführung kann gemäß der Erfindung die

Drehzahlproportionalität der Kühlluftmenge nur bis zu einer für die Kühlungsanforderungen ausreichenden Drehzahl beibe¬ halten und ab dieser Motordrehzahl das Lüfterrad mit geringe¬ rer Drehzahl angetrieben werden, so daß der Energieverbrauch und die Geräusche des Gebläses deutlich reduzierbar sind.

Nach der Erfindung wird das zur Motorkühlung vorgesehene Lüfterrad durch eine Reibungs-Schlupfkupplung von der auf der Motorwelle sitzenden Scheibe, insbesondere einer Metall- scheibe, mitgenommen. Vorzugsweise weisen der oder die Mit- nehmer des Lüfterrades einen dem Außendurchmesser der Scheibe zugeordneten Reibbelag auf, wobei der oder die Mitnehmer auf wenigstens einem etwa konzentrisch zum Außendurchmesser der Scheibe am Lüfterrad angeordneten bügeiförmigen Trägerelement angeordnet sind. Das oder die Trägerelement (e) ist bzw. sind so elastisch oder gelenkig am Lüfterrad befestigt bzw. gelagert, daß bei steigender Drehzahl des Lüfterrades die Trägerelemente mit ihren Reibbelägen aufgrund der Fliehkraft nach außen bewegbar sind, so daß wegen des sich verringernden Anpreßdruckes der Reibbeläge gegen den die zugeordnete Mit- nahmefläche bildenden Außendurchmesser der Scheibe der Motor¬ welle die Wirkung des Reibschlusses zwischen der Scheibe und dem Lüfterrad und damit die Mitnahmewirkung für das Lüfterrad geschwächt wird bzw. ganz aufgehoben werden kann. Vorteilhaft dabei ist neben der einfach ausführbaren Kraftübertragung, daß diese, wie gewünscht, bei abnehmender Motordrehzahl wieder automatisch einsetzt und sich zunehmend wieder ver¬ stärkt.

Bei der vorgesehenen Reibungs-Schlupfkupplung kann das Trä¬ gerelement als am Lüfterrad gelenkig angeordnete Backe od.dgl. ausgebildet sein, die auf der gegen den Außendurch¬ messer der Scheibe anliegenden Seite als Mitnehmer einen Reibbelag trägt.

Nach einer weiteren Ausführung ^" der Erfindung ist vorgesehen, daß das Trägerelement einseitig über eine Achse schwenkbar am

Lüfterrad gelagert und mit seinem freien Ende gegen die Wirkung der Fliehkraft durch Federmittel gegen den Außen¬ durchmesser der Scheibe in einstellbarer Vorspannung gehalten wird.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 einen Teilschnitt durch einen erfindungsgemäßen Antrieb mit einer Reibungs-Schlupfkupplung für wenigstens ein Lüfterrad, wie er insbesondere für mit hohen Drehzahlen betreibbare Bahnmotoren od.dgl. geeignet ist,

Figur 2 eine Draufsicht auf die mit einem Lüfterrad und einer Reibungs-Schlupfkupplung versehene Antriebswelle eines erfin- dungsgemäßen elektrischen Antriebes.

Zur Luftkühlung eines an sich bekannten Elektromotors 1 ist auf dessen Motorwelle 2 ein Lüfterrad 3 angeordnet, so daß dies über ein Lager 4 frei drehbar auf der Motorwelle sitzt. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist zwischen dem Lüfter¬ rad 3 und dem Motor 1 auf der Motorwelle 2 fest sitzend eine Scheibe 5, insbesondere eine Metallscheibe, vorgesehen.

Für eine reibschlüssige Drehzahlbegrenzung und -regelung des Gebläses bei Elektroantrieben für Schienenfahrzeuge sind nach einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung (Figur 1) am Lüf¬ terrad 3 Trägerelemente 8 mit festem Sitz 9 befestigt. Diese Trägerelemente 8 sind z.B. federelastisch ausgelegt, derart, daß die Trägerelemente und die daran angeordneten Mitnehmer 7, insbesondere Reib- oder Bremsbeläge, unter der Einwirkung der von der Motordrehzahl abhängigen Fliehkraft ein feder- elastisches Abheben und Zurückstellen der Mitnehmer 7 sowie der Trägerelemente 8 z.B. gegen den Außendurchmesser 10 der Scheibe 5 der Motorwelle ermöglichen. Auf diese Weise wird durch die Veränderung des Reibschlusses 6 zwischen der Scheibe 5 und den Mitnehmern 7 die Kraftübertragung der Reibungs-Schlupfkupplung veränderbar. In der gewünschten Weise liegen bei niedrigen Drehzahlen die Reib- oder Bremsbe¬ läge 7 voll auf der zugeordneten Mitnahmefläche der mit der Motorwelle 2 umlaufenden Scheibe 5 auf, während bei zunehmend höheren Drehzahlen die Reib- oder Bremsbeläge 7 mit den Trägerelementen 8 mehr oder weniger abheben, so daß die

Kraftübertragung der Kupplung reduzierbar ist. Je nach Ausle¬ gung oder Einstellung der Trägerelemente oder deren Vorspan¬ nung ist die Mitnahmewirkung der Reibungs-Schlupfkupplung einfach zu beeinflussen. Auch die Wahl der Reibungsbeläge läßt verschiedene Einstellungen zu.

Zur Motorkühlung ist damit eine Reibungs-Schlupfkupplung zwischen der Motorwelle 2 und dem Lüfterrad 3 geschaffen, die eine mechanische Drehzahlbegrenzung und -regelung für das Kühlluftgebläse bei elektrischen Antrieben für Schienenfahr¬ zeuge bildet. Diese im Ausführungsbeispiel als Reibungs- Schlupfkupplung ausgelegte Einrichtung wirkt in der Weise, daß mit steigender Motordrehzahl, insbesondere ab einen bestimmten Drehzahlbereich, über die Kupplung die Antriebs- Wirkung auf das Lüfterrad abnimmt. Andererseits bewirkt die Kupplung bei einer unter einen bestimmten Drehzahlbereich abfallenden Motordrehzahl, daß die Antriebswirkung der Kupp¬ lung auf das Lüfterrad automatisch wieder zunimmt.

Beim Ausführungsbeiεpiel nach Figur 2 ist in Draufsicht die Motorwelle 2, die fest darauf sitzende Metallscheibe 5 und dahinter das Lüfterrad 3 dargestellt, wobei das Lüfterrad 3 wieder frei drehbar auf der Motorwelle gelagert ist. Aus der schematischen Zeichnung ist ersichtlich, daß etwa konzen- trisch zum Außendurchmesser 10 der auf der Motorwelle 2 fest sitzenden Metallscheibe 5 am Lüfterrad 3 wenigstens ein abschnittsweise ringförmiges, backenförmiges oder bügelförmi- ges Trägerelement 11 schwenkbar gelagert ist. Das gezeichnete Trägerelement 11 ist über eine Achse 12 oder ein Gelenk am Lüfterrad 3 befestigt, wobei das freie Ende 13 des Trägerele- mentes bei niedriger Motordrehzahl gegen die Wirkung der Fliehkraft mittels einer Zugfeder 14 gegen die Scheibe 5 gehalten wird. Zusätzlich kann noch ein Verschleiß-Anschlag 15 des Lüfterrades vorgesehen sein. Mit 16 ist ein Haltestift des Lüfterrades für die Zugfeder 14 bezeichnet.

Bei niedrigen Motordrehzahlen ist die Kraftübertragung der Reibungs-Schlupfkupplung groß, da hierbei die Reibbeläge 7 des Trägerelementes 11 vollflächig oder nahezu vollflächig und gegebenenfalls noch unterstützt durch die Kraft des Federmittels 14 auf der Mitnahmefläche 10 der Scheibe 5 aufliegen. Die durch einen Pfeil angedeutete Schwenkbewegung des freien Endes 13 des Trägerelementes 11 begrenzen bei¬ spielsweise der Anschlag 15' und der Außendurchmesser 10 der Scheibe 5. Eine Veränderung der Mitnahmewirkung der Reibungs- Schlupfkupplung ist beispielsweise mittels verschiedener

Federn 14 oder durch Veränderung der Anordnung des Haltestif¬ tes 16 möglich. Falls das Teil 16 als Exzenter ausgebildet wird, kann auch auf diese Weise die Vorspannung verändert werden.