CH689783A5

CH689783A5 - Laufwerk eines Schienenfahrzeuges.

Info

Publication number: CH689783A5
Application number: CH385492A
Authority: CH
Inventors: Martin Dr Lipsius
Original assignee: Abb Daimler Benz Transp
Priority date: 1991-12-19
Filing date: 1992-12-17
Publication date: 1999-11-15
Also published as: DE4142028C2; ATA236192A; AT407980B; DE4142028A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Laufwerk eines Schienenfahrzeuges gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Radsätze von Schienenfahrzeugen besitzen im Allgemeinen Laufflächen, die im Wesentlichen konisch profiliert sind, so dass bei Querauslenkung aus der Mittellage der Berührpunkt des einen Rades auf grösserem Radradius, der des anderen Rades auf kleinerem Radradius rollt, so dass sich die Radsätze beim Lauf in der Geraden ständig zur Gleismitte hin zentrieren und beim Lauf in Gleisbögen auf unterschiedlichen Radradien rollen, die im günstigsten Fall dem Unterschied der Lauflängen auf bogeninnerem und bogenäusserem Gleis entsprechen, wobei sich die Radsatzachse zum Bogenmittelpunkt ausrichtet und der Radsatz führungskräftefrei rollt, was mit Radialstellung des Radsatzes bezeichnet wird.

Wenn mindestens zwei Radsätze in einem Laufwerk angeordnet sind, wird bei starrer Radsatzführung die Radialstellung verhindert, was Quer- und Längsschlupf in den Radaufstandspunkten bewirkt und hohe Führungskräfte im Gleisbogen zur Folge hat. Geringere Führungskräfte und eine gewisse Annäherung an die Radialstellung wird durch längsweiche Radsatzführung erreicht. Hierbei werden im Wesentlichen die Längsschlupfkräfte in den Radaufstandspunkten genutzt. Durch diese werden Stellungsänderungen der Radsätze gegen die Federkraft der Längsführungen bewirkt, bis Gleichgewicht erreicht ist. Weitere Verbesserungen der Radialstellung erfolgen über Radialsteuerungen.

Ein Laufwerk mit profilierten Radsätzen stellt ein selbsterregbares Schwingungssystern dar, das durch eine Anzahl charakteristischer Schwingformen gekennzeichnet ist, von denen jede in einem bestimmten Masse gedämpft ist, wobei das Dämpfungsmass generell von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt. Die für ein Laufwerk wichtigsten Schwingformen sind der Sinuslauf der Radsätze im Gleis, bei dem die Radsätze wellenförmige Bewegung im Spurkanal d.h. Querbewegungen und Wendebewegungen um die Hochachse ausführen.

Infolge der Reibkräfte in den Berührpunkten zwischen Rad und Schiene und infolge der Massenkräfte treten Führungskräfte im Gleis auf, die bei abnehmender Dämpfung der massgeblichen Schwingformen, das ist im Allgemeinen bei zunehmender Fahrgeschwindigkeit, vorwiegend durch zunehmende Amplituden der Radsatzquerbewegung anwachsen und bei Erreichen der zulässigen Führungskräfte die Fahrgeschwindigkeit begrenzen, was auch mit Erreichen der Laufstabilitätsgrenze bezeichnet wird.

Eine Abnahme der Längssteifigkeit der Radsatzführung, die der Verbesserung der Radialstellung dient, bewirkt im Allgemeinen eine Verringerung der Dämpfung der massgeblichen Schwingformen, also eine Verringerung der Laufstabilität, die die Führungskräfte erhöht und die zulässige Fahrgeschwindigkeit einengt.

Die Anwendung von zusätzlichen Koppelelementen zwischen den Radsätzen, die die Steuerwirkung insbesondere auf den vorlaufenden Radsatz verbessern und/oder die Laufstabilität verbessern, stösst auf Schwierigkeiten, wenn zwischen den Rädern auf der Radsatzwelle keine zusätzlichen Lagerstellen für Antriebs-, Brems- oder Koppelelemente vorhanden sind, über die Koppelkräfte auf den Radsatz übertragen werden können. Das ist beispielsweise bei Hohlwellenantrieben der Fall, aber auch bei Besetzung der Radsatzwelle mit Wellenbremsscheiben. Auf die Radsätze wirkende Koppelkräfte können dann nur an den Aussenlagern angreifen. Damit werden die Übertragungswege verlängert, was besonders zu Lasten der Steifigkeit der Übertragung der Koppelkräfte geht, womit die Laufstabilität beeinträchtigt und zusätzlicher Bauraum im Bereich zwischen den Radsätzen beansprucht wird.

Ein Beispiel für die ungünstigere Raumbeanspruchung, insbesondere für Antriebe und fehlende Integration der Bauteile, ist DE-OS 2 659 797. Ein Beispiel für die Verschlechterung der radialen Einstellbarkeit durch die Drehsteifigkeit der Koppelelemente ist DE-PS 3 223 989.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Laufwerk mit aussengelagerten Radsätzen ohne zusätzliche Lagerstellen zwischen den Rädern zu schaffen, das bei Bogenfahrt eine möglichst günstige radiale Einstellung der Radsätze, bei hoher Fahrgeschwindigkeit möglichst hohe Laufstabilität und eine Bauraum und Bauaufwand sparende sowie steife Anordnung der erforderlichen Führungselemente oder -rahmen besitzt und den Bauraum für Antriebs- oder Bremselemente und sonstige notwendige Bauteile freilässt.

Diese Aufgabe wird gemäss der im Anspruch 1 angegebenen Kombination von Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Die Anordnung von Führungselementen oder -rahmen gestattet die Verbesserung der Radsatzstellungen im Bogen, wobei für die einzelnen Radsätze eines Laufwerkes je nach Art der Anforderung unterschiedliche Annäherung an die radiale Einstellung gewählt werden kann.

Die Anordnung von längsliegenden, zwischen den Radsatzlagern einer Laufwerksseite wirkenden Dämpfungselementen trägt zur Stabilisierung des Laufes, insbesondere in der Geraden und in Bögen mit grossem Radius bei, ohne die gewünschte Radsatzstellung im Bogen zu beeinträchtigen (ausgenommen bei Reibungsdämpfern).

Die Verschachtelung der querliegenden Teilstücke der Führungselemente oder -rahmen und der längsliegenden Dämpfungselemente erlaubt die steife Gestaltung und die räumliche Unterbringung auch bei starker Bauraumbelegung durch Antriebs-, Brems- und sonstige notwendigen Bauteile.

Die schubsteife Querkopplung der Führungsrahmen und die durch Dämpfungselemente dient der Anpassung an unterschiedliche Anforderungen sowie der Stabilisierung des Laufes, wobei die Integration der Querdämpfer die räumliche Unterbringung begünstigt.

In den abhängigen Ansprüchen 9 bis 13 sind weitere stabilitätssteigernde Massnahmen angegeben und in 14 eine untere Grenze für die Wirksamkeit der Führungsrahmen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert, in denen charakteristische und vorteilhafte Ausführungsbeispiele dargestellt sind.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Laufwerk, z.B. einem 2achsigen Drehgestell, sind mit 1 die Radsätze bezeichnet, die über Radsatzlager 3 mit dem Drehgestellrahmen 2 in geeigneter Weise über die elastische Längsführung 4 und Querführungen 5 verbunden sind. Als Verbindungselemente, die Steuerkräfte zwischen den Radsätze 1 übertragen, dienen Führungsrahmen 21, 22, die in der Horizontal ebene biege- und schubsteif ausgebildet und über Verbindungsgelenke 24, 24 min mit den Radsatzlagern verbunden sind. Die querliegenden Mittelteile der Führungsrahmen 21, 22 sind ineinander verschachtelt und beanspruchen somit bei hoher Steifigkeit nur minimalen Bauraum im Bereich der Laufwerksmitte.

Die längsliegenden Dämpferelemente 11 und 11 min sind in die Führungsrahmen integriert, wirken über die Führungsrahmenteile zwischen den Radsatzlagern einer Laufwerksseite ohne Kraftwirkung auf den Laufwerksrahmen 2 und dämpfen die Relativbewegung, insbesondere die Drehbewegung zwischen den Radsätzen. Für die Anlenkpunkte 12, 12 min finden sowohl Gelenklager als auch Silentblocs und Sphäriblocs mit entsprechender Steifigkeit Anwendung. Die Führungsrahmen 21, 22 sind mit einem Zapfen 23 verbunden, der die Kräfte zwischen den Rahmen überträgt. Der Zapfen 23 wird zur Zugkraftübertragung auf die Radsätze herangezogen, wenn die Längsführung 4 davon entlastet werden soll, wobei eine Querkraftübertragung auf Laufwerks- oder Fahrzeugrahmen vermieden wird. Als Beispiel hierfür ist eine Führung 25 angedeutet.

Die Bauraumbeanspruchung ist beispielhaft angedeutet in den Fig. 1 bis 3.

In Fig. 1 und Fig. 2 sind am Radsatz 1 Bremsscheiben 32, 32 min auf der Radsatzwelle 1 angeordnet. Am Radsatz 1 min ist ein Motor 31 mit Hohlwellenantrieb 34 und auf der (nicht näher bezeichneten) Hohlwelle angeordneten Bremsscheiben 33, 33 min dargestellt.
Das in Fig. 2 dargestellte Laufwerk besitzt an Stelle der Führungsrahmenarme Gestänge 43, 43 min , 45, 45 min zur Verbindung des verschachtelten Mittelteiles 53, 54, 54 min mit den Radsatzlagern, die die Längsführung 4 von der Zugkraftübertragung entlasten.
In Fig. 3 ist ein entsprechendes Laufwerk dargestellt, bei dem der mittlere Radsatz 1 min min über den Führungsrahmen 44 der Kraftübertragung zwischen den Radsätzen dient, wobei die querliegenden Rahmenteile mit den entsprechenden Teilen der Endradsätze verschachtelt sind.

Die längsliegenden Dämpfungselemente 11 sind oben im Bild nur zwischen den Endradsätzen wirkend gezeigt, die unten im Bild gezeigten Dämpfungselemente 11 min wirken auch auf bzw. über den Mittelradsatz.
In Fig. 4 besteht der verschachtelte Mittelteil der Führungsrahmen 21, 22 aus einem Hohlprofil 53 und U-Profilen 54, 54 min , an den die Rahmenarme 51, 52 anschliessen.
Fig. 5 zeigt einen verschachtelten Mittelteil in einer Ausführungsform mit I- und U-Profilen 63, 64, 64 min und Kopplung in Querrichtung durch integrierte Dämpfungselemente 13, 13 min .
Fig. 6 zeigt das gleiche verschachtelte Mittel 53, 54, 54 min wie Fig. 4, jedoch mit Kopplung in Querrichtung durch aussenliegende Dämpfungselemente 13, 13 min .

Claims

1. Laufwerk eines Schienenfahrzeuges mit mindestens auf zwei mit radialer Einstellbarkeit versehenen Radsätzen (1, 1 min ) abgestütztem ein- oder mehrteiligen Laufwerkrahmen (2) und mit Aussenlagerung (3) der Radsatzwellen, ohne zusätzliche Lager zwischen den Rädern, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) Anordnung von quer- und längsliegende Bereiche aufweisenden Führungselementen (21, 22, 43, 43 min , 45, 45 min ) zur Übertragung von Steuerkräften zwischen den Radsätzen, b) Anordnung von längsliegenden, zwischen den Radsatzlagern einer Laufwerkseite wirkenden Dämpfungselementen (11, 11 min ), c) Verschachtelung der querliegenden Bereiche (53, 54) der Führungselemente mindestens zweier Radsätze (1, 1 min ) untereinander, d) Anordnung der längsliegenden Dämpfungselemente (11, 11 min ) zwischen Befestigungspunkten (12, 12 min ) der längsliegenden Bereiche der Führungselemente.

2. Laufwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die querliegenden Bereiche der Führungselemente in Querrichtung schubsteif miteinander gekoppelt sind.

3.

Laufwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die querliegenden Bereiche der Führungselemente in Querrichtung durch weitere Dämpfungselemente (13, 13 min ) miteinander gekoppelt sind.

4. Laufwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die querliegenden Dämpfungselemente (13, 13 min ) in die querliegenden Bereiche der Führungselemente integriert sind.

5. Laufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (11, 11 min , 13, 13 min ) als hydraulische Dämpfungselemente ausgebildet sind.

6. Laufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (11, 11 min , 13, 13 min ) als Reibungsdämpfer ausgebildet sind.

7.

Laufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (11, 11 min , 13, 13 min ) als gesteuerte Hydraulikzylinder oder schaltbare Dämpfungselemente ausgebildet sind.

8. Laufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (11, 11 min , 13, 13 min ) als elektrische Stellglieder ausgebildet sind.

9. Laufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (11, 11 min , 13, 13 min ) als hydraulische Dämpfungselemente ausgebildet sind und Kennlinien aufweisen, die im unteren Bereich der Kolbengeschwindigkeit einen steileren Kraftanstieg und bei zunehmender Kolbengeschwindigkeit konstante oder weniger ansteigende oder abfallende Kraftverläufe besitzen.

10.

Laufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet als Drehgestell, dadurch gekennzeichnet, dass Drehdämpfer zwischen Drehgestell und Fahrzeugkasten des Schienenfahrzeuges angeordnet sind.

11. Laufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet als Drehgestell, dadurch gekennzeichnet, dass Querdämpfer zwischen Drehgestell und Fahrzeugkasten des Schienenfahrzeuges angeordnet sind.

12. Laufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Vertikaldämpfer zwischen Radsatzlagern (3) und Laufwerksrahmen (2) unter Winkeln von 20-70 DEG gegenüber der Vertikalen geneigt angeordnet sind.

13. Laufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente mit verschleissfreien, in Kraftrichtung steifen Verbindungsgelenken (24, 24 min , 12, 12 min ) ausgerüstet sind.

14.

Laufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die als Führungsrahmen (21, 22) ausgebildeten Führungselemente an den Kraftangriffstellen der Aussenlager (3) bezogen auf ein Verbindungsgelenk (23) der Führungsrahmen (21, 22) eine Steifigkeit von mindestens 1 x 10<6> N/m aufweisen.

15. Laufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in die als Führungsrahmen (21, 22) ausgebildeten Führungselemente weitere Elemente zur Übertragung der Zugkraft vom Radsatz (1, 1 min ) zu einem Drehgestell oder Wagenkasten des Schienenfahrzeuges integriert sind.