Hohlwellenantrieb

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1889: Frühe Zeichnung eines Hohlwellenantriebs; die Hohlwelle ist Träger des im Fahrzeugaufbau gelagerten Motorrotors (Achsmotorantrieb); Wellenkupplung mittels zweier Kurbelstangen (Doppelkurbel)
1927: Hohlwellenantrieb einer Elektrolokomotive der BLS
Die Achswelle eines Treibradsatzes ist zwischen den Rädern von einer Hohlwelle inkl. zweier Großräder umgeben.
Hohlwelle an hellen Stellen im Fahrzeugaufbau gelagert;
Verbindung zwischen den Wellen mittels Feder-Kupplungen
2011: Hohlwellenantrieb mit Keilpaketkupplung eines Stadler KISS: Die Treibradsatzwelle wird vom Getriebegehäuse samt hohler Ausgangswelle (rechts) und vom Rohr einer zweiteiligen Keilpaketkupplung (Mitte) umschlossen; links das angetriebene Rad.

Der Hohlwellenantrieb ist ein übergeordneter Begriff, mit dessen Hilfe auf eine Bauform des Antriebs von Eisenbahn-Triebfahrzeugen hingewiesen wird. Er bezieht sich auf alle Antriebe, bei denen die Treibradsatzwelle nicht direkt, sondern von einer sie mit reichem Spiel[1] umgebenden und nicht wie sie zu den ungefederten Massen zählenden hohlen Welle aus erfolgt. Diese Hohlwelle ist in den ersten elektrischen Fahrzeugen die des Fahrmotors (siehe erste der nebenstehenden Abbildungen) und später die Ausgangswelle des dem Motor angeschlossenen Zahnradgetriebes (Welle mit Großrad/Großrädern, siehe zweite der nebenstehenden Abbildungen) und gehört somit, wie die vom Rahmen getragene Antriebseinheit, zu den gefederten Massen des Fahrzeugs. Ihr Innendurchmesser ist so groß, dass die Treibradsatzwelle genügend Platz für ihren Federweg findet. Für die Drehübertragung zwischen den sich beim Federn des Fahrzeugs vertikal gegeneinander bewegenden beiden Wellen ist eine radialbewegliche Kupplung erforderlich. Die verschiedenen Ausführungen des Hohlwellenantriebs unterscheiden sich im Wesentlichen in der Gestalt der benutzten Kupplung und werden i. d. R. auch mit einem Namen versehen, der sich auf die Ausführung dieser Kupplung oder/und den Hersteller bezieht.

In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurde eine große Zahl von Hohlwellenantrieben bzw. von radial nachgebenden Kupplungen für die Verbindung zwischen Hohlwelle und Treibradsatz entwickelt, obwohl keinesfalls alle elektrischen Schienenfahrzeuge – insbesondere nicht die Straßenbahnen – einen Hohlwellenantrieb, sondern oft einen Tatzlagerantrieb bekamen. Diesen modifizierte man zwar ab der Mitte des Jahrhunderts zu einem Hohlwellenantrieb, kam aber nach und nach vom Ideal, dem Treibradsatz keine ungefederten Massen zuzufügen, wieder ab. Begünstigt wurde dieses Vorgehen dadurch, dass inzwischen festere Stähle für den Bau kleinerer und leichterer Getriebe-Zahnräder entwickelt worden waren. Dass das Getriebe – insbesondere sein größeres, also schwereres Abtriebsrad (Großrad) – ungefedert von der Treibradsatzwelle getragen wird, und nur der Fahrmotor wie bisher gefederte Masse ist, war ein ausreichend zufriedenstellender Kompromiss geworden.

Die radial nachgebende Kupplung ist in diesem Fall zwischen dem Fahrmotor und dem Getriebe angebracht. Für große Antriebsleistungen wird eine Kardanwelle benutzt, die aus Platzgründen in der hohl gemachten Motorwelle oder Eingangswelle (Ritzelwelle) des Getriebes untergebracht ist. Die die Treibradsatzwelle umgebende Hohlwelle ist seltener geworden, nicht aber der Begriff Hohlwellenantrieb. Dieser ist unschärfer geworden, weil in ihn auch die Antriebe mit hohler Motor- oder Ritzelwelle eingegangen sind (siehe unten: Motorhohlwellenantrieb und Ritzelhohlwellenantrieb).

In Neubauten elektrischer Triebwagen ist die Bogenzahnkupplung (im Prinzip eine besonders kurze Kardanwelle[Anm. 1]) zum Standard geworden. Sie findet Platz zwischen dem fest im Rahmen gelagerten Fahrmotor und dem achsreitenden, gekuppelten Getriebe. Insgesamt werden heute bei Neubaufahrzeugen weniger aufwändige Ausführungen als Hohlwellenantriebe – sowohl in ursprünglicher als auch jüngerer Definition – eingesetzt.

Im Folgenden werden die wichtigsten Hohlwellenantriebe in etwa chronologischer Reihenfolge ihres Entstehens dargestellt. Der zweite Teil dieser Aufstellung (siehe Andere Antriebe) enthält die Hohlwellenantriebe in der o. g. abweichenden Bedeutung. Ordnendes Kriterium ist immer die Bauweise der verwendeten Kupplung.

Kupplungsvarianten in den Hohlwellenantrieben verschiedener Hersteller[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die verwendete Kupplung muss radialbeweglich, sonst aber von hoher Festigkeit und kleinen Abmessungen sein.[2] Es gibt viele Ausführungen, und sie werden fast immer in Verbindung mit dem Namen des Herstellers genannt. Eine grobe Zusammenfassung ist unter Bezug auf den verwendeten Werkstoff oder auf die verwendeten Maschinenelemente möglich:

  • Federantrieb: Er enthält meistens Schrauben- oder Blattfedern aus Stahl, neuere Ausführungsvarianten auch Gummielemente. Die entsprechenden Kupplungen sind scheibenförmig und paarweise an den Enden der Hohlwelle angebracht. Gummielemente sind ebenfalls scheibenförmig oder ringförmig zusammengefasst. Sie können an den Enden der Hohlwelle (siehe Federantrieb) oder einer hohlen Gelenkwelle (hohle Kardanwelle, siehe Gelenkwellenantrieb) angebracht sein.
  • GelenkwellenantriebKardanantrieb«)
  • GelenkantriebVerzweigerantrieb«): Er enthält keine elastisch nachgebenden Bauelemente. Die radiale Beweglichkeit der verwendeten Kupplungen wird mittels Gelenk-Stab-Mechanismen mit starren Stäben erreicht.

Unterscheidung nach Einbauort und nach Einzel- bzw. Gruppenantrieb:
Die die Treibachswelle umfassende, im Fahrzeugaufbau gelagerte Hohlwelle mit aufgesetztem Getriebe-Großrad kommt in allen nach Einbauort unterschiedenen Bauarten (Achsmotorantrieb, Tatzlagerantrieb und Gestellmotorantrieb) und ebenso bezüglich der Relation zwischen der Zahl der Treibradachsen und der Zahl der eingebauten Motoren (Einzelachsantrieb, Gruppenantrieb) vor. Der Achsmotorantrieb wird aber kaum noch angewendet, und ein im Rahmen gelagerter Motor mit hohler Ankerwelle ist eine andere Bauart (siehe Andere Antriebe).

Federantrieb[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Federantrieb, schematisch: Die zwei das Drehmoment übertragenden Federkupplungen (5) sind zur Kompensation der vertikalen Federung der Antriebseinheit (1 bis 4) dadial nachgebend.

AEG-Blattfeder-Kupplung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

1903: AEG-Blattfeder-Kupplung

1903 verwendete die AEG bei Versuchsfahrten, bei denen schon schneller als 200 km/h gefahren wurde, eine Kupplung mit radial an den Hohlwellenenden angebrachten Blattfeder-Paketen (siehe nebenstehende Abbildung). Die kurzen, zwischen den Federspitzen und dem Treibrad kippbar eingefügten Druckstücke machten die radiale Bewegung zwischen der Hohl- und der Treibsatzwelle möglich.

Westinghouse-Federantrieb[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Federkupplung von Westinghouse (links, 1912) und seine Weiterentwicklung von Sécheron (rechts, für kleinere Räder, 1927)

Der seit 1912 verwendete Westinghouse-Federantrieb war einer der ersten in Serie gebauten Hohlwellenantriebe. Seine Kupplungen (an jedem Ende der Hohlwelle eine) enthielten im Kreis angeordnete Schraubenfedern (siehe zweite der oben stehenden Abbildungen). Ihre axiale Nachgiebigkeit diente dem Dämpfen von Stößen in der Drehmomentübertragung und ihre Nachgiebigkeit quer dazu ergab die erforderliche radiale Beweglichkeit innerhalb der Kupplung.

Sécheron-Federantrieb[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die gesamte Antriebseinheit von Westinghouse wurde ab 1922 von Sécheron in Genf in Lizenz gebaut[3] und die Federkupplung wurde nach einiger Zeit weiterentwickelt.[4] Die Schraubenfedern wurden außerhalb des Rades anstatt zwischen dessen Speichen angebracht. Somit konnten längere, d. h. weichere Federn verwendet oder die Räder verkleinert werden. Die Anwendung für kleinere Räder machte den Einsatz in Drehgestellen von Triebwagen möglich.

Einbau des Sécheron-Federantriebs in Drehgestelle mit kleineren Triebrädern:

Federtopfantrieb[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei den bisherigen Federantrieben wurden die Schraubenfedern in den Kupplungen bei radialer Ausgleichsbewegung quer gebogen (S-förmig, wenn an den Enden befestigt), wodurch sie bruchempfindlich waren. Eine Verbesserung wurde erreicht, als die radiale Bewegung andersartig ausgeglichen werden konnte.

Den Federn wurde an den Enden je eine hutförmige Kappe (“Federtopf”) übergestülpt, sodass sie sich nur noch axial elastisch verformen können. Zusammen mit ihren beiden Töpfen bildet eine solche Feder jetzt lediglich einen elastisch verkürzbaren Stab. Die Stäbe befinden sich an ihren Enden quer-verschieblich in Mitnehmerlücken am Treibrad (oder am Großrad). Radial werden sie am im Großrad (oder am Treibrad) angebrachten “Lagerböcken”, in denen sie axial-verschieblich (tangential-verschieblich bezüglich des Rades) sind, gehalten. In der gegenseitigen Mittellage der beiden Wellen (Hohl- und Treibrad) und Leerlauf (kein Antriebsdrehmoment) liegen die Stäbe an den Wänden der Mitnehmerlücken an. Bei gegenseitiger Auslenkung der Wellen bewegen sie sich in den Mitnehmerlücken, wobei sie (unabhängig von der Stabzahl, die i. d. R. 5 oder 6 ist) an einer Lückenwand anliegend bleiben und sich verkürzen. Am anderen Ende heben sie von der Lückenwand ab. Bei Drehmomentübertragung verkürzen sich 2 bzw. 3 der Stäbe weiter und übertragen die Umfangskräfte. Die anderen Stäbe dehnen sich wieder aus. Nur bei kleiner Auslenkung und/oder großem Drehmoment können sie an ihren entgegengesetzten Enden anliegend bleiben oder wieder Kontakt aufnehmen und auch kleinere Umfangskräfte übertragen. Bei Drehmomentübertragung und Mittellage verkürzen sich alle Stäbe gleichsinnig und übertragen gleich große Umfangskräfte.[7]

Die erste Federtopfkupplung enthielt der Ende der 1920er Jahre entstandene „AEG-Kleinow-Federtopfantrieb“,[8] mit dem die Deutsche Reichsbahn einige Prototypen und anschließend serienmäßig die Baureihen E 17 (ab 1928), E 04 (ab 1933), E 18 (ab 1935) und E 19 (ab 1938) ausrüstete.

In der Schweiz entstanden etwa 10 Jahre später mehrere der AEG-Lösung prinzipiell gleiche Ausführungen (siehe nebenstehende Bilder-Galerie).
In anderen Ländern entstanden einfachere Lösungen. Die Federtöpfe entfielen, und die Schraubenfedern wurden durch einen Zylinder aus Gummi ersetzt.[9]

Gelenkantrieb (»Verzweigerantrieb«)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Gelenkantrieb, schematisch: Die zwei das Drehmoment übertragenden Gelenkkupplungen (5) sind zur Kompensation der vertikalen Federung der Antriebseinheit (1 bis 4) dadial frei beweglich.

Die in einem sogenannten »Verzweigerantrieb«[Anm. 2] verwendeten radial-beweglichen Kupplungen enthalten i. d. R. keine elastisch nachgebenden Bauteile. Sie sind Gliederketten aus mit einfachen Drehgelenken verbundenen starren Stäben. Das gegenseitige Kippen zwischen Hohl- und Treibachswelle wird durch elastische Zwischenlagen (Silentblöcke) in den Gelenken oder durch Anwendung von Kugelgelenken ermöglicht.

Erste Gelenkantriebe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

1901: Hohlwellenantriebs-Kupplung, Fa. Ganz

Ältester Gelenkantrieb ist der im ersten Bild (Artikeleinleitung) gezeigte Entwurf aus dem Jahre 1889 mit Unwuchten verursachenden exzentrisch liegenden Koppelstangen.

Aus dem Jahre 1901 stammt die von der Fa. Ganz bei der Elektrifizierung der Veltlinbahn verwendete Lösung (siehe nebenstehendes Bild). Deren relativ kurze und zentrisch liegenden Stäbe verursachen kaum Unwuchten. Sie wurde Vorbild für die späteren Konstruktionen anderer Hersteller.

Buchli-Antrieb[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der etwa seit 1920 existierende Buchli-Antrieb ist kein Hohlwellenantrieb. Er ist hier aber zu erwähnen, weil er der erste in Serie gebaute Gelenkantrieb war. Seine radialbeweglichen Kupplungen waren an den Außenseiten der Triebräder angebracht, wodurch auf eine die Radsatzwelle umschließende, die Montage erschwerende Hohlwelle verzichtet werden konnte.

SLM-Universalantrieb[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der SLM-Universalantrieb enthält einen sehr einfach aufgebauten Gelenkantrieb. In einem die Treibsatzwelle umschließenden Ring sind zwei senkrecht zueinander positionierte radiale Schlitzpaare angebracht. In diesen gleiten die (kugeligen) Enden je zweier Mitnehmer: je ein am Großrad/Hohlrohr bzw. an der Treibsatzwelle angebrachtes Paar. Das Ganze wird als Kreuzkupplung bezeichnet. Der geschlitzte Ring lässt sich als tanzender Ring bezeichnen, ist aber den folgenden Mechanismen vorbehalten.

Stab-Gelenk-Mechanismus mit „tanzendem Ring“[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Stab-Gelenk-Mechanismen mit „tanzendem Ring“ gab es in mehreren Ausführungen,[10] die prinzipiell aber alle gleich sind. Sie wurden meistens doppelt (lange Hohlwelle und je eine pro Treibrad) eingebaut.

Der Antrieb mit anneau dansant von Alsthom (alle Stäbe mit zwei Gelenken)[11][12] ist eine 1933 erfolgte Weiterentwicklung einer schon 1890 bei Siemens & Halske entstandenen Idee.
Der in Italien verwendete Antrieb mit anello danzante ist mehr oder weniger mit dem von SSW identisch (zwei Hebel haben drei Gelenke).[13]

Der tanzende Ring ist ein die Treibradsatzwelle umgreifender Ring (anstatt Stab), der zwei Hebelgruppen miteinander verbindet. Er dreht sich zusammen mit der Treibradsatzwelle, der er sich aber gegenüber hin und her und seitlich wie ein Tänzer gegenüber seiner Partnerin bewegt.

In Frankreich wurde eine frühe Version dieses Antriebes in einem Drehgestell der PLM 242 AE 1 eingesetzt, ist aber auch bei der SNCF CC 7100 zu finden. In Italien wurde diese Antriebsvariante bei der E 434.068 erstmals angewandt und danach bei den Baureihen FS E.646 und FS E.444 verwendet.

Gelenkwellenantrieb (»Kardanantrieb«)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Gelenkwellenantrieb, schematisch: Die vertikale Federung der Antriebseinheit (1 bis 3 und 8) wird durch Kippen in den Gelenken (5) der das Drehmoment übertragenden Kardanwelle (4) kompensiert.

Die bisher beschriebenen Antriebe haben eine von Rad zu Rad reichende Hohlwelle mit je einer Kupplung mit geringer axialer Ausdehnung an ihren Enden. Das Antriebsmoment wird vom Großrad über die Hohlwelle zu beiden Kupplungen geleitet. Bei den Gelenkwellenantrieben benötigt die Gelenkwelle (das »Kardanrohr«) den Raum zwischen den beiden Treibrädern. Sie ist an einem Ende mit dem unmittelbar neben einem Treibrad befindlichen Großrad und am anderen Ende mit dem anderen Treibrad verbunden. Dieses wird angetrieben, während das gegenüberliegende Treibrad seinen Antrieb über die Radsatzwelle erhält. Eine Hohlwelle mit darauf befestigtem Großrad ist nicht mehr erforderlich.[Anm. 3] Das Großrad wird auf einem kurzen Rohr (Hohl-Achstummel), das die Treibradachse umschließt und im Fahrgestell befestigt ist, drehbar gelagert. Die Gelenkwelle kann länger gemacht werden, wenn sie durch das Großrad (und den Achsstummel) geführt und mit ihm an der Gegenseite verbunden wird (siehe nebenstehende Abbildung). Die Gelenkwelle ist zum optisch bestimmenden und gelegentlich als Hohlwelle bezeichneten Bauteil geworden.[Anm. 4]

BBC-Kardanantrieb[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beim BBC-Kardanantrieb[14][15][16] hat das Kardanrohr die größtmögliche Länge und damit einen kleinen Kippwinkel bei radialer Verlagerung der Treibradsatzwelle gegen die feststehende Hohlachse. Das Kardanrohr ist zwischen Treibrad und Großrad an letzteres gekuppelt und führt unter dem Großrad hindurch zur Kuppelstelle mit dem anderen Treibrad. Anfänglich dienten Gummiringfedern als Kupplungen. Als man zu einem Drehstrommotor mit gleichförmigerer Drehmomentabgabe überging (DB-Baureihe 120), konnte man auf deren Drehelastizität verzichten und baute letztendlich an beiden Seiten Gelenkhebelmechanismen (siehe Gelenkantrieb (»Verzweigerantrieb«)) ein.[17] Deren Gelenke sind in Silentblöcken befestigt, um das Kippen des Kardanrohres zu ermöglichen.

Bei der DB-Baureihe 120 gelang es zum ersten Mal, eine Leistung pro Radsatz von 1,4 MW zu erreichen. Grundlage dafür war die höhere Drehzahl der Drehstrom-Asynchronmaschine im Vergleich zu dem Einphasen-Reihenschlussmotor mit Kommutator. Daraufhin war es möglich, eine vierachsige Lokomotive mit einer Gesamtmasse von 84 Tonnen mit 6 MW Leistung zu bauen.[17]

Der BBC-Kardanantrieb ist die Grundlage für die Antriebe der Baureihe 101 und ICE 1.

Jaquemin-Kardanantrieb[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der in Frankreich (SNCF) bei mehreren Lokomotivtypen verwendete Jaquemin-Antrieb[18][19] enthält ein Kardanrohr mit zwei großen Gummiringen als elastisch nachgebende Kupplungen. Er hat gleich wie der BBC-Kardanantrieb einen feststehenden Hohl-Achsstummel. Das Kardanrohr ist etwas kürzer, da es auf der inneren Seite des Großrads an dieses gekuppelt ist.

Voith-Kardanantrieb[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei einem Kardanantrieb von Voith ist das Kardanrohr relativ kurz, da es erst außerhalb des Getriebegehäuses an die herausführende Hohlwelle gekuppelt ist (siehe dritte Abbildung von oben). Als Kardangelenke dienen zwei Keilpaketkupplungen. Die Elastizität des Gummis in den Keilpaketen wird für das Kippen des Kardanrohres benutzt.

Diese Antriebsform wird unter anderem bei den Triebzügen Stadler Flirt[20] und Stadler Kiss eingesetzt.

Tschanz-Antrieb und Buchli-Antrieb[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

1918: Tschanz-Antrieb: Gelenkwellenantriebs-Variante mit Kardanwelle in hohler Treibradsatzwelle

Beim Tschanz-Antrieb befinden sich, wie auch beim Buchli-Antrieb, die Lager der Treibradsatzwelle innerhalb der Treibräder (der schmalere Fahrzeugrahmen wird Innenrahmen genannt). Der Treibradsatz wird von außen her angetrieben. Das Großrad ist vor ein Treibrad gesetzt. Beide Antriebsarten sind somit keine Hohlwellenantriebe. Es gab allerdings Ausnahmen. Beim Tschanz-Antrieb gab es eine Variante mit hohler Treibradsatzwelle, durch die eine klassische Kardanwelle mit Kreuzgelenken führte und den Treibradsatz am anderen Treibrad antrieb (siehe nebenstehende Abbildung).

Beim Buchli-Antrieb gab es nur einen Ausnahme-Fall, die Lokomotive ET 11 01 mit auf einem Hohlrohr zwischen den Treibrädern angebrachter Kupplung.[21] Dieser war aber kein Gelenkwellenantrieb, sondern ein GelenkantriebVerzweigerantrieb«; siehe oben).

Andere Hohlwellenantriebe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der zuerst genannte Abgefederte Tatzlagerantrieb enthält noch eine die Treibradsatzwelle umgreifende Hohlwelle.

Bei den folgenden Hohlwellenantrieben ist die Motorwelle oder eine Getriebewelle eine hohle Welle.

Abgefederter Tatzlagerantrieb[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Modifizierter Tatzlagerantrieb mit Hohlwelle (4) und mit Gummiringen (5), über die die etwa halbe Masse der Antriebseinheit von den Treibsatzrädern (7) vertikal federnd getragen werden

Der (voll) abgefederte Tatzlagerantrieb (auch Antrieb mit Schwebemotor) enthält zwar eine Hohlwelle, die die Treibradsatzwelle umgreift, die aber nicht vom Fahrzeugaufbau, sondern elastisch von den Rädern getragen wird. Die Getriebeausgangswelle ist nicht mehr mit der Radsatzradwelle identisch. Das Motor-/Getriebegehäuse, in dem die Hohlwelle drehbar gelagert ist, stützt sich über sie und elastische Elemente an den Treibrädern ab.[22] Somit wird die Antriebseinheit vollständig federnd getragen: der den Treibsatzrädern nahe Teil von diesen und der entferntere Teil vom Rahmen wie bisher.

Als elastisches Element wird ein Gummiring (segmentiert oder einteilig) verwendet. Sein Federweg ist nur etwa ein Drittel so groß wie der der übrigen Masse der Antriebseinheit,[23][24] die gemeinsam mit dem Fahrzeugsaufbau oder dem Drehgestell federt.

SSW-Gummiringfederantrieb[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Gummiringfederantrieb wurde von den Siemens-Schuckert-Werken (SSW) entwickelt. Die Gummiringfeder wird von mehreren zylindrisch gebogenen Gummiplatten, die innen und außen mit zylindrischen Segmenten aus Metall zu einer Einheit zusammen vulkanisiert sind, gebildet. Außen sind diese Gummifedern an über den Umfang verteilten Armen an der Hohlwelle und innen an der Seite eines Treibrades angeschraubt.[25][26][27]

Der Gummiringfederantrieb kam ab 1956 bei den Einheits-Elektrolokomotiven der Deutschen Bundesbahn mit den Baureihen E10, E40, E41 und E50 (zweites Los) zur Anwendung. Weiter ist er in den Baureihen 111 und 151 zu finden.

LEW-Kegelringfederantrieb[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

1960er Jahre: Kegelringfederantrieb (TEW Hennigsdorf) der BR 143, je eine Gummiringfeder zwischen Groß- und Laufrad (nicht sichtbar), Radreifen abgenommen

Der von LEW Hennigsdorf in den 1960er Jahren entwickelte Kegelringfederantrieb ähnelt dem Gummiringfederantrieb von SSW.[28] Hierbei ist der Federring kein zylindrischer, sondern ein kegelförmiger Gummiring. Außerdem ist er nicht aus Segmenten zusammengesetzt, sondern einteilig. Eine weitere Besonderheit ist, dass die Hohlwelle über zwei Großräder angetrieben wird (bei jedem Treibrad eins, siehe nebenstehendes Bild). Erprobt wurde er an einer Lokomotive der Reihe 211, serienmäßig eingebaut bei den Maschinen der DR-Baureihen 250, 243, 212 und 252, seit 1992 155, 143, 112 und 156.

Antriebe mit Kupplung zwischen Fahrmotor und Getriebe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Infolge der leichter gewordenen Zahnradgetriebe ist man in jüngerer Zeit dazu übergegangen das Großrad (jetzt kleiner und leichter) wieder auf die Treibradsatzwelle zu montieren und die Getriebemasse (jetzt kleiner) als ungefederte Masse hinzunehmen. Die relativ aufwändige, die Treibradsatzwelle umschließende Hohlwelle konnte dafür entfallen.

Motorhohlwellenantrieb[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Motorhohlwellenantrieb, schemat.: Der Hub des zur federnden Masse des Fahrzeugs gehörenden Motors (1 und 2) wird durch das Kippen in den Gelenken (3) der das Drehmoment auf das Getriebe (8) übertragenden Kardanwelle (4) kompensiert. Das Getriebe (8) ist ungefederte Masse.

Beim Motorhohlwellenantrieb wird in der hohlen Ankerwelle des Motors eine Gelenkwelle geführt, welche mit je einem elastischen Gelenk mit dem Anker und dem Ritzel verbunden ist. Das Großrad sitzt fest und unabgefedert auf der Treibradsatzwelle.[29] Das Getriebe zählt somit zur unabgefederten Masse und muss die Bewegungen des Radsatzes mitmachen. Die radial nachgebende Funktion zwischen Motor und Getriebe wird von der Gelenkwelle erfüllt.

Von den Motorhohlwellenantrieben mit einstufigem Getriebe wurden drei sehr ähnliche Ausführungen bekannt, eine von BBC, eine von Sécheron und eine von ASEA. Unterscheidungsmerkmal sind die kardanischen Federgelenke. Eine weitere Ausführung wurde von der Firma Škoda entwickelt.[30]

BBC-Scheibenantrieb[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
1938: BBC-Motorhohlwellenantrieb mit durch die Hohlwelle führender Kardanwelle

Der BBC-Scheibenantrieb wurde 1938 von der Firma Brown, Boveri & Cie. (BBC) entwickelt. Die kardanischen Gelenke beim BBC-Motorhohlwellenantrieb enthalten eine dünne Metallscheibe (siehe nebenstehende Abbildung). Diese ist an je einem um 90° versetzten Mitnehmer an den einander anschließenden Wellen angebracht.[31][32] Das Gelenk gleicht im Prinzip der Hardyscheibe. Die verbindende Welle ist dünn und wirkt auf diese Weise drehelastisch (Torsionsfeder).

Der BBC-Scheibenantrieb wurde zuerst bei Leichttriebwagen der Reihe 401 der Straßenbahn Zürich eingesetzt.[33] In Lokomotiven für Vollbahnen wurde er u. a. bei der BLS Ae 4/4 angewendet. Ebenso war die E 10 002 der Deutschen Bundesbahn mit einem solchen Scheibenantrieb ausgestattet.

Sécheron-Lamellenantrieb[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Sécheron-Lamellenantrieb ist eine Entwicklung der Firma Sécheron und entspricht im Aufbau dem BBC-Scheibenantrieb.[29] Hierbei kreuzen sich zwei, je an den zu verbindenden Wellenenden angebrachte, starre Doppelausleger. An deren Enden sind vier zusammen ein Quadrat bildende elastische Metallstreifen (Lamellen: Lamellenantrieb) angebracht.[34][35]

Eingesetzt wurde dieser Antrieb bei den elektrischen Lokomotiven der ČSD-Baureihen E 499.0 und E 499.1 sowie den ÖBB-Reihen 4030 und 1046. Versuchsweise waren auch die Vorserienlokomotiven E 10 004 und 005 der Deutschen Bundesbahn mit einem solchen Lamellenantrieb ausgestattet.

Ritzelhohlwellenantrieb[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ritzelhohlwellenantrieb, schemat.: Der Hub des zur federnden Masse des Fahrzeugs gehörenden Motors (1) wird durch das Kippen in den Gelenken (3) der das Drehmoment auf das Getriebe (8) übertragenden Kardanwelle (2) kompensiert. Das Getriebe (8) ist ungefederte Masse.

Beim Ritzelhohlwellenantrieb ist anstatt der Motorwelle die kürzere Ritzelwelle als Hohlwelle ausgeführt. Die ausgleichende Gelenkwelle ist vom Motor weg ins Ritzel verschoben, dessen Hohlwelle sie auf der vom Motor entfernteren Seite antreibt. In einer bekannten Ausführung sind die Gelenke Lamellenkupplungen.[36] Gegenüber dem Motorhohlwellenantrieb haben Ritzelhohlwellenantriebe den Vorteil, dass der Anker nicht an die geänderte Motorwelle angepasst werden muss.

Ritzelhohlwellenantriebe werden von der Firma Siemens Mobility bei den Lokomotiven der Reihe ER20 und der Vectron-Plattform eingesetzt.[37]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Werner Deinert: Elektrische Lokomotiven für Vollbahnen. In: Ministerium für Verkehrswesen - Lehrmittelstelle - (Hrsg.): Triebfahrzeugkunde. Heft 1. Transpress VEB Verlag für Verkehrswesen, Berlin 1960 (lokmalanders.de).
  • Karl Sachs: Elektrische Triebfahrzeuge. Ein Handbuch für die Praxis sowie für Studierende. Springer-Verlag, Wien 1973.
  • Wolfgang Messerschmidt: Lokomotiv-Technik im Bild . Dampf-, Diesel- und Elektrolokomotiven. Motorbuch, Stuttgart 1991, ISBN 3-613-01384-3.
  • Helmut Bendel u. a.: Die elektrische Lokomotive. Aufbau, Funktion, neue Technik. transpress, Berlin 1994, ISBN 3-344-70844-9.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. W. Kummer: Entwicklung und Beschaffenheit der Triebmotoren und Triebwerke elektrischer Eisenbahnfahrzeuge. In: Schweizerische Bauzeitung. Band 52, Heft 19, 7. November 1908, S. 245 ff. (e-periodica.ch)., S. 248: ... die Anordnung einer hohlen, die Triebradwelle mit reichem Spiel frei umgreifenden ... Welle.
  2. W. Kummer: Triebwerke elektrischer Eisenbahnfahrzeuge. In: SBZ. Band 52, Heft 19, 1908, S. 265 (e-periodica.ch).: »Die größte Schwierigkeit ... liegt weniger in der Auslegung des Motors selbst als vielmehr in der zweckmäßigen Anlage der Motoranker und Triebräder verbindenden Konstruktionsteile.«
  3. G.L. Meyfahrth: Eisenbahnelektrolokomotiven der Ateliers Secheron, Genf. In: SBZ. Band 59, Heft 10, 1922, S. 108 (e-periodica.ch).
  4. G.L. Meyfahrth: Die neuen Lokomotiven, Typ 1AAA-AAA1, der Bern-Lötschberg-Simplon-Bahn. In: SBZ. Band 89, Heft 17, 1927, S. 222 (e-periodica.ch).
  5. Verein Historische Eisenbahn Emmental, Datenblatt BDe 4/4 240 (PDF; 1,6 MB)
  6. Karl Sachs: Neuerungen auf dem Gebiet der elektrischen Traktion im In- und Ausland. In: Schweizerische Bauzeitung. 1940, S. 150, (e-periodica.ch)
  7. Helmut Bendel u. a.: Die elektrische Lokomotive. transpress, 1981, Zeichnungen und Bewegungsschemata für den AEG-Kleinow-Federtopfantrieb auf Seite 327, Bild 19.4/17
  8. Werner Deinert: Elektrische Lokomotiven für Vollbahnen. In: Ministerium für Verkehrswesen - Lehrmittelstelle - (Hrsg.): Triebfahrzeugkunde. Heft 1. Transpress VEB Verlag für Verkehrswesen, Berlin 1960, S. 94–98 (lokmalanders.de [PDF]).: Beschreibung und drei Abbildungen
  9. Werner Deinert: Elektrische Lokomotiven für Vollbahnen. In: Ministerium für Verkehrswesen - Lehrmittelstelle - (Hrsg.): Triebfahrzeugkunde. Heft 1. Transpress VEB Verlag für Verkehrswesen, Berlin 1960, S. 98 (lokmalanders.de [PDF]).
  10. Helmut Bendel u. a.: Die elektrische Lokomotive. transpress, 1981: Zeichnungen von drei Ausführungen auf Seite 325
  11. Werner Deinert: Elektrische Lokomotiven für Vollbahnen. In: Ministerium für Verkehrswesen - Lehrmittelstelle - (Hrsg.): Triebfahrzeugkunde. Heft 1. Transpress VEB Verlag für Verkehrswesen, Berlin 1960, S. 89–91 (lokmalanders.de [PDF]).: Beschreibung und drei Abbildungen
  12. Transmission á anneau dansant. Larousse, abgerufen am 29. Mai 2016 (französisch, Informationsgrafik).: untere Abbildung
  13. Wolfgang Messerschmidt: Lokomotivtechnik im Bild. Motorbuchverlag Stuttgart, 1991, ISBN 3-613-01384-3: zwei Abbildungen auf Seite 80
  14. Helmut Bendel u. a.: Die elektrische Lokomotive. transpress, 1981: Zeichnung auf Seite 324
  15. Siegfried Müller: Elektrische und dieselelektrische Fahrzeuge. Birkhäuser, 1979, Zeichnung auf Seite 47
  16. Wolfgang Messerschmidt: Lokomotivtechnik im Bild. Motorbuchverlag Stuttgart, 1991, ISBN 3-613-01384-3: Zeichnung auf Seite 49
  17. a b Wolfgang Messerschmidt: Lokomotivtechnik im Bild. Motorbuchverlag Stuttgart, 1991, ISBN 3-613-01384-3: Beschreibung auf Seite 86, 3D-Darstellung auf Seite 27, rechts unten
  18. Helmut Bendel u. a.: Die elektrische Lokomotive. transpress, 1981: Zeichnung auf Seite 324
  19. Transmission á anneau dansant. Larousse, abgerufen am 29. Mai 2016 (französisch, Informationsgrafik).: obere Abbildung
  20. Sven Klein, Wil: Flinker, leichter, innovativer Regional-Triebzug FLIRT. In: elektrische Bahnen (eb). Band 103, Heft 3, 2005, S. 116–126.
  21. Werner Deinert: Elektrische Lokomotiven für Vollbahnen. In: Ministerium für Verkehrswesen - Lehrmittelstelle - (Hrsg.): Triebfahrzeugkunde. Heft 1. Transpress VEB Verlag für Verkehrswesen, Berlin 1960, S. 89 (lokmalanders.de [PDF]).
  22. Helmut Bendel u. a.: Die elektrische Lokomotive. transpress, 1981: auf Seite 314: Bild 19.3/15
  23. Helmut Bendel u. a.: Die elektrische Lokomotive. transpress, 1981: auf Seite 315: ein Drittel des Achsfederwegs
  24. Werner Deinert: Elektrische Lokomotiven für Vollbahnen. In: Ministerium für Verkehrswesen - Lehrmittelstelle - (Hrsg.): Triebfahrzeugkunde. Heft 1. Transpress VEB Verlag für Verkehrswesen, Berlin 1960, S. 83 (lokmalanders.de [PDF]).: 11 mm Spiel zwischen Hohlwelle und Achswelle
  25. Helmut Bendel u. a.: Die elektrische Lokomotive. transpress, 1981: Zeichnung auf Seite 316
  26. Siegfried Müller: Elektrische und dieselelektrische Fahrzeuge. Birkhäuser, 1979, Zeichnung auf Seite 47
  27. Wolfgang Messerschmidt: Lokomotivtechnik im Bild. Motorbuchverlag Stuttgart, 1991, ISBN 3-613-01384-3: Fotos auf den Seiten 85 und 86
  28. Helmut Bendel u. a.: Die elektrische Lokomotive. transpress, 1981: Zeichnung auf Seite 315
  29. a b GDL (Hrsg.): Handbuch der elektrischen Triebfahrzeuge der Deutschen Bundesbahn. 1. Auflage. Vermögensverwaltung der Gewerkschaft Deutscher Lokomotivführer und Anwärter GmbH, Frankfurt am Main 1959.
  30. Helmut Bendel u. a.: Die elektrische Lokomotive. transpress, 1981: Zeichnung auf Seite 319
  31. Helmut Bendel u. a.: Die elektrische Lokomotive. transpress, 1981: BBC-Scheibenaantrieb auf Seite 320, 1 Bild
  32. Werner Deinert: Elektrische Lokomotiven für Vollbahnen. In: Ministerium für Verkehrswesen - Lehrmittelstelle - (Hrsg.): Triebfahrzeugkunde. Heft 1. Transpress VEB Verlag für Verkehrswesen, Berlin 1960, S. 99–103 (lokmalanders.de [PDF]).: Kardan-Scheibenantrieb, inkl. 5 Abbildungen
  33. Karl Sachs: Zur Entwicklung elektrischer Lokomotiven und Triebwagen in der Schweiz. In: Schweizerische Bauzeitung. Band 65, Heft Nr. 26, 28. Juni 1947 (e-periodica.ch).
  34. Helmut Bendel u. a.: Die elektrische Lokomotive. transpress, 1981: Sécheron-Lamellenantrieb auf Seite 321, 1 Bild
  35. Werner Deinert: Elektrische Lokomotiven für Vollbahnen. In: Ministerium für Verkehrswesen - Lehrmittelstelle - (Hrsg.): Triebfahrzeugkunde. Heft 1. Transpress VEB Verlag für Verkehrswesen, Berlin 1960, S. 103 (lokmalanders.de [PDF]).: Kardan-Lamellenantrieb, 1 Bild
  36. Leo Koch: Die Lok der Reihe 2016, S. 6, Radsatz und Ritzelhohlwellenantrieb, 1 Bild
  37. Jens Chlebowski, Christian Thoma: Vectron - Die neue Lokomotivengeneration für den europäischen Schienenverkehr. In: ZEVrail - Tagungsband SFT Graz 2010. Nr. 134, 2010, S. 16 ff.

Anmerkungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Die Bogenzahnkupplung ist im Prinzip eine Kardanwelle. Als kardanische Gelenke dienen zwei Stirnzahnrad-Paarungen aus je einem Zahnrad mit in Breitenrichtung der Zähne bogenförmigen Flanken und Zahnkopfflächen und je einem innenverzahnten Rad. Die beiden Letzteren befinden sich an den Enden einer Hülse, die eine kurze Kardanwelle ist.
  2. Die alternative eisenbahntechnische Bezeichnung »Verzweigerantrieb« gibt es im Maschinenbau nicht. Sie kann zu Verwechslungen mit dem Verteilergetriebe führen.
  3. Mit dem Begriff Hohlwelle wird lediglich ein Bauprinzip bezeichnet. Dessen primäres Kennzeichen ist, dass das Großrad die Welle des Treibradsatzes umschließt und drehbar im Fahrgestell gelagert wird. Weil im vorliegenden Fall das Drehmoment von einer Seite des Großrades abgenommen wird, ist die meistens vorhandene und namengebende Hohlwelle, die das Drehmoment weiter führt, nicht mehr erforderlich. Übrig bleibt ein “Hohlgroßrad”, das auf einem die Treibradachse ebenfalls umschließenden Achsstummel gelagert werden muss. Die Lager der weggefallenen Hohlwelle hatten den größten Durchmesser und umschlossen auch sowohl die Hohlwelle als auch die Treibradachse.
  4. Die hohle Gelenkwelle wird im Unterschied zur für das Bauprinzip namengebenden Hohlwelle an einem Ende nicht vom Fahrgestell, sondern vom Treibradsatz getragen.