DE2826155A1

DE2826155A1 - Verwindungsweicher drehgestellrahmen fuer schienenfahrzeuge

Info

Publication number: DE2826155A1
Application number: DE19782826155
Authority: DE
Inventors: Hans Dieling; Manfred Dipl Ing Schindehuette
Original assignee: Wegmann and Co GmbH
Current assignee: Waggonfabrik Talbot GmbH and Co KG
Priority date: 1978-06-15
Filing date: 1978-06-15
Publication date: 1979-12-20
Also published as: FR2428556B1; GB2024747A; JPH021169Y2; YU142079A; GB2024747B; JPS554286A; SE442617B; SE7905022L; FR2428556A1; JPH01123770U; CH639330A5; DE2826155C3; BE876987A; IT7983618A0; US4279202A; YU40565B; DE2826155B2; IT1166335B

Description

Akte 77-10/20-106

Firma Wegmann & Co., Wolfhaqer Str. 77-79, 3500 Kassel

Verwindungsweicher Drehgestellrahmen für Schienenfahrzeuge.

Bei Schienenfahrzeugen wurden früher durchweg verwindungssteife Drehgestellrahmen verwendet, in denen die Räder mittels einer verhältnismäßig weichen Primärfederung gelagert waren.

Es ist bekannt (DE-PS 1 605 141 und DE-PS 1 755 632), für Schienenfahrzeuge verwindungsweiche Drehgestellrahmen zu verwenden. Diese verwindungsweichen Drehgestellrahmen haben den Vorteil, daß die Primärfederung zwischen Radachslager und Drehgestellrahmen verhältnismäßig hart sein, unter Umständen sogar vollständig entfallen kann. Liegen bei einem verwindungsweichen Drehgestell die Berührungspunkte der Räder mit den Schienen in einer horizontalen Ebene, so ergibt sich für alle Punkte gleiche Radlast. Aber auch wenn sich ein Punkt außerhalb dieser Ebene befindet, beispielsweise in den Ubergangsrampen bei Gleisüberhöhungen, treten nur ganz geringfügige Unterschiede in der Radlast auf, weil das Drehgestell gegen solche Formänderungen nur geringen Widerstand leistet. Es besteht keine Gefahr, daß sich ein Rad von der Schiene abhebt.

Diese bekannten verwindungsweichen Drehgestellrahmen sind aus verdrehweichen Längs- und verdrehweichen Querträgern so zusammengeschweißt, daß an den Schweißstellen die Verdrehweichheit nicht behindert wird, wozu Voraussetzung ist, daß die beim Verdrehen eines Trägers auftretenden Längsverschiebungen der Gurte gegeneinander nicht behindert werden. Bei den bekannten Drehgestellrahmen wird dies dadurch erreicht, daß die Träger oder wenigstens deren Ober- oder Untergurte gekröpft sind. Insbesondere wurden die Längsträger nach unten gekröpft, was die Möglichkeit ergab, die Enden der Längsträger drehsteif auszubilden, um zu vermeiden, daß sich die Enden

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bei einer auf den Radsatz wirkenden Querkraft verdrehen. Auch die Querträger wurden entweder im ganzen gekröpft, oder es wurden wenigstens die Untergurte der Querträger in einem Bogen geführt, der die Schubbewegungen aufnehmen konnte und das Ende mit dem Längsträger verschweißt. Die Drehgestellrahmen wurden in Η-Bauart ausgeführt, da durch das Anschweißen von Querträgern an den beiden Stirnseiten die Verdrehweichheit der Träger und damit die Verwindungsweichheit des Drehgestellrahmens beeinträchtigt worden wäre.

Die Drehgestelle mit verwindungsweichen Rahmen haben sich sehr gut bewährt. Sie eignen sich für alle Bereiche des Schienenverkehrs, nämlich für Reisezugwagen, Nahverkehrsund S-Bahnwagen, Straßenbahnwagen und Güterwagen. Sie besitzen sehr gute Laufeigenschaften und eignen sich daher auch für hohe Geschwindigkeiten, können verhältnismäßig leicht ausgeführt werden und bringen Einsparungen an der Primärfederung.

Bei diesen unterschiedlichen Verwendungsmöglichkeiten der verwindungsweichen Drehgestelle mußten immer wieder Neukonstruktionen geschaffen werden, weil die Anforderungen bezüglich Länge und Breite des Drehgestellrahmens, Belastbarkeit usw. sehr unterschiedlich waren. Die gekröpfte Form der Träger brachte es mit sich, daß dabei jedesmal das ganze Drehgestell vollständig neu durchkonstruiert werden mußte. Schon die Bedingung, daß der Abstand der Radachsen um 30 cm vergrößert werden sollte, machte den hohen Kostenaufwand für eine vollständige Neukonstruktion erforderlich.

Zweck der Erfindung ist es, einen Drehgestellrahmen zu schaffen, der den verschiedenen Bedingungen bezüglich der Abmessungen, der Belastbarkeit und der Anordnung von Federn, Bremsen und gegebenenfalls Motoren und anderen Zusatzeinrichtungen angepaßt werden kann, ohne daß jedesmal eine vollständige Neukonstruktion mit allen dazu erforderlichen

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Detailzeichnungen durchgeführt werden muß. Diese Anpassungsfähigkeit wird bei dem Drehgestellrahmen nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die Längsträger gerade Träger sind, der Rahmen ein Rechteckrahmen mit zwei Querträgern an den Stirnseiten und einem und mehreren Querträgern in der Mitte ist, wobei die Enden der Querträger unter den Längsträgern liegen und die Untergurte der Längsträger mit den Obergurten der Querträger verschweißt sind. Zweckmäßig sind auch die Querträger gerade Träger. Unter einem geraden Träger im Sinne der Erfindung sind dabei Träger zu verstehen, bei denen mindestens die Gurte, die mit den Gurten der anderen Träger verschweißt sind, gerade, also nicht gekröpft sind. Als verdrehweiche Träger können in an sich bekannter Weise alle Träger mit. offenem Profil, also insbesondere Träger mit T-, I- oder U-Querschnitt oder auch längsgeschlitzte Kastenträger,verwendet werden. Dadurch, daß die Untergurte der Längsträger mit den Obergurten der Querträger verschweißt sind, bleiben die Querschnitte aller Träger auch an den Trägerenden frei und die Schubbewegungen beim Verdrehen der Träger werden nicht behindert. Dadurch wird es möglich, von der bisher verwendeten H-Porm auf die Η-Form mit Kopfträgern oder auf die Rechteckform überzugehen oder dem Rahmen in der Mitte noch weitere Querträger zu geben, ohne daß dadurch die Verwindungsweichheit des Rahmens auch nur im mindesten^ beeinträchtigt würde. Die Eckensteifheit kann dabei schon durch die Plächenverschweißung der Obergurte der Querträger mit den Untergurten der Längsträger weitgehend gewährleistet werden, insbesondere wenn in der Mitte des Rahmens zwei zueinander parallele Querträger vorgesehen sind. Die Eckensteifheit kann aber auch dadurch gewährleistet werden, daß mindestens annähernd in Höhe der Untergurte der Längsträger ein Blech, im folgenden als Schubblech bezeichnet, angeschweißt ist.

Bei dem Drehgestellrahmen nach der Erfindung bestimmen die Untergurte der Längsträger, wenn die Berührungspunkte der

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Räder mit den Schienen in einer Ebene liegen, eine Ebene, die beim Anheben eines Rades räumlich verwunden wird.

Dadurch, daß für die Längsträger und gegebenenfalls auch für die Querträger gerade Träger verwendet werden, wird erreicht, daß das Drehgestell ohne Schwierigkeit durch entsprechende Wahl der Länge der Längsträger und der Länge der Querträger jedem Wunsch angepaßt werden kann. Andererseits ist es auch möglich, ohne irgendeine andere konstruktive Änderung, wenn höhere Belastbarkeit verlangt wird, die Höhe der Längsträger und/oder die Höhe der Querträger, insbesondere der mittleren Querträger, zu vergrößern. Bei den Längsträgern kann die Belastbarkeit dadurch erhöht werden, daß zwischen den Radlagern unter den Untergurten zusätzliche offene Träger angeschweißt sind. Bei den Querträgern ist die gleiche Verstärkung möglich, doch ist es be-L Querträgern einfacher, zwischen den Längsträgern den Mittelsteg su erhöhen, wobei entweder der Obergurt r*acn oben oder der Untergurt nach unten gekröpft werden kann, in fiesen Fällen sind die Querträger keine geraden Träger mehr. Die Verwindungsweichheit des Rahmens ist aber dadurch gewährleistet, daß die Anschlußpunkte der Obergurte der Querträger in Höhe der Untergurte der Längsträger liegen und mit diesen verschweißt sind. Auch Drehgestelle mit derart gestalteten Querträgern lassen sich Konstruktionsänderungen leicht anpassen.

Zur Befestigung der Radachslager können an die Untergurte der Längsträger entsprechende Befestigungen, wie Konsolen oder dgl., in dem jeweils gewünschten Achsabstand angeschweißt werden. Um jedoch die Bauhöhe des Drehgestells möglichst niedrig zu halten, können zweckmäßig in die Längsträger Ausschnitte zur Aufnahme der Radlager eingeschnitten werden. Auch die Lage dieser Ausschnitte ist, ohne die übrige Konstruktion zu verändern, veränderbar.

Die Drehgestellrahmen nach der Erfindung sind auch für Triebdrehgestelle verwendbar. Dabei können die Stirnträger

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zur Lagerung des Antriebsmotors mit herangezogen werden. Damit die Verwindungsweichheit des Drehgestells durch die Motorlagerung nicht beeinträchtigt wird, ist es bei Triebdrehgestellrahmen zweckmäßig, an den Querträgern zu diesen parallele Träger drehbar zu lagern, an denen der Motor an ein oder zwei Punkten gelagert ist. Bei einer Verwindung des Drehgestellrahmens stellen sich diese parallelen Träger entsprechend schräg, ohne die Verwindungsweichheit irgendwie zu beeinträchtigen.

Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Es zeigen

Pig. I in perspektivischer Ansicht einen Drehgestellrahmen, Fig. 2 ein Drehgestell von der Seite gesehen, Fig. 3 das Drehgestell nach Fig. 2 im Querschnitt, Fig. 4 bis 9 verschiedene Profile für verstärkte Längsträger
Fig. 10 ein Triebdrehgestell in Aufsicht.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht der Drehgestellrahmen aus den beiden Längsträgern 1, die hier als oben geschlitzte Kastenträger dargestellt sind, den stirnseitigen Querträgern 2, die Träger mit I-Profil sind und den mittleren Querträgern 3, die ebenfalls Träger mit I-Profil sind. Die Obergurte 2a bzw. 3a dieser Querträger sind mit den Untergurten Ib der Längsträger verschweißt. Alle Profile enden, wie in Fig. 1 deutlich zu sehen ist, offen, so daß die Schubbewegungen beim Verwinden bei keinem Träger behindert sind. Die Obergurte 3a der mittleren Querträger 3 können zur Verbesserung der Eckensteifheit des Drehgestellrahmens zu einem Schubblech 4 zusammengefaßt sein.

Diese Grundform des Drehgestellrahmens läßt sich ohne Konstruktionsänderung leicht verändern. So kann die Länge der Längsträger 1 vergrößert oder verkleinert werden, womit die Gesamtlänge des Drehgestellrahmens verändert wird. Ebenso kann die Länge der Querträger verändert werden, sei

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es um das Drehgestell einer anderen Spurweite anzupassen, oder um von einem Drehgestell mit außerhalb der Räder liegenden Längsträgern zu einem Drehgestell mit innerhalb der Räder liegenden Längsträgern überzugehen. Es können aber auch beispielsweise die mittleren Querträger 3 seitlich über die Längsträger 1 hinaus verlängert werden, wenn etwa der Wunsch besteht, irgendwelche zusätzlichen Organe hier anzuordnen. So könnten solche verlängerten mittleren Querträger auch dazu dienen, die Sekundärfedern statt zwischen den Längsträgern außerhalb der Längsträger anzuordnen, was beispielsweise bei Straßenbahnwagen, bei denen wegen der starken Ausdrehung der Drehgestelle in engen Kurven, ein Wiegenträger erforderlich ist, oder auch bei Drehgestellen, bei denen die Längsträger innerhalb der Räder liegen, erwünscht sein kann.

Bei dem Drehgestell nach Fig. 2 sind die Längsträger 1 zwischen den Radlagern 6 durch zusätzliche Träger 7 verstärkt, die als offene Profile unter den Untergurten der Längsträger angeordnet sind.

Zur Anbringung der Radachslager 6 sind in die Längsträger Ausschnitte 5 eingeschnitten. Diese Ausschnitte beeinträchtigen nicht die Verwendbarkeit des Gesaratdrehgestelles, sie erhöhen aber die Verdrehweichheit der über die Radachslager hinausragenden Enden der Längsträger 1. Diser unerwünschten Verdrehung der Enden der Längsträger, die durch Querkräfte, die von den Radachslagern ausgehen, hervorgerufen werden können, wirken aber die Querträger 2 entgegen, die an die Untergurte der Längsträger 1 angeschweißt sind und so unerwünschte Verdrehungen der Längsträger, die bei der Verwindung des Rahmens nicht erforderlich sind, verhindern.

Bei dem Drehgestell nach Fig. 2 sind, wie in Fig. 3 im Querschnitt dargestellt, als Sekundärfedern zwei Schraubenfedern 14 vorgesehen. Zur Geräuschdämpfung können an den oberen Enden der Schraubenfedern zwischen diese und dem

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Boden 15 des Wagenkastens noch Gummielemente 30 eingesetzt sein. Der geringe Abstand der Federn 14 hat eine geringe Wankstabilität des Wagenkastens zur Folge. Um den Wagenkasten gegen das Drehgestell zu stabilisieren, ist, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, in an sich bekannter Weise eine Wankstütze vorgesehen, die aus dem Drehstab 9, den Hebeln und den Verbxndungsstangen 11 besteht. Dabei können, wie ebenfalls an sich bekannt, entweder der Drehstab, wie dargestellt, am Drehgestell und die Enden der Verbindungsstangen am Wagenkasten, oder umgekehrt, der Drehstab am Wagenkasten und die Enden der Stangen am Drehgestell befestigt sein. Statt der Schraubenfedern können auch Luftfedern verwendet werden.

Fig. 3 zeigt ferner wie erforderlichenfalls die Querträger verstärkt sein können. Die Untergurte 3b der Querträger sind zwischen den Längsträgern etwas nach unten gezogen, so daß die Stege 3c entsprechend höher sind, d.h. vom Obergurt aus weiter nach unten reichen. Stattdessen oder zugleich können auch die Obergurte nach oben gekröpft sein.

Die Fig. 4 bis 9 zeigen verschiedene Profile für Längsträger mit darunterliegenden ebenfalls offenen Verstärkungen 7. Dabei kann in allen Fällen, wie in Fig. 8 dargestellt, der Längsschlitz des offenen Profils durch ein elastomeres Material 8 geschlossen sein.Fig. 9 zeigt wip bei einem Längsträger 1 mit Profilverstärkung 7 das Schubblech 4 angeschweißt sein kann. Aus schweißtechnischen Gründen befindet sich d bei das Schubüech 4 nicht genau in gleicher Höhe wie der Untergurt Ib des Längsträgers, der hier gleichzeitig der Obergurt der Verstärkung 7 ist. Die kleine Stufe zwischen dem Schubblech 4 und dem Untergurt Ib beeinträchtigt in keiner Weise die Verwindbarkext des Drehgestellrahmens. Auch hier kann, wie bei dem Drehgestell nach Fig. 3_ der Untergurt 3b des Querträgers gekröpft sein, wobei die Schubbewegungen des Untergurtes durch diese Kröpfung aufgenommen werden. Der Untergurt 3b kann in diesem Fall an die Seitenwand 7c der Verstärkung angeschweißt sein. Soweit die Schubbewegung des Untergurtes 3b

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nicht durch eine Kröpfung aufgenommen werden, wird beim Anschweißen des Untergurtes an die Seitenwand 7c diese Seitenwand durch die Schubbewegungen beim Verwinden des Drehgestelles etwas aus- bzw. eingebeult, wodurch die Verdrehweichheit des Querträgers nicht merklich beeinträchtigt wird. Der Untergurt 3b kann aber auch durch einen Schlitz 16 in der Seitenwand 7c der Verstärkung 7 hindurchgeführt und an der gegenüberliegenden Wand angeschweißt sein. In diesem Fall werden die Schubbewegungen sowohl durch die Biegung des Untergurtes 3b als auch durch Verbiegen dieser Wand aufgenommen.

Fig. 10 zeigt in Aufsicht ein Triebdrehgestell mit einem Rahmen nach der Erfindung. Zur Motoraufhängung sind an den mittleren Querträgern 3 zu diesen parallele Träger 13 angeordnet, und zwar in Lagern 25 so, daß sie sich um ihre eigene Achse drehen können und falls bei einer Verwindung des Drehgestellrahmens sich die gegenseitige Höhenlage der Lager 25 ändert, in diesen auch etwas schräg stellen können. In der rechten Hälfte der Fig. 11 ist gezeigt, wie ein Motor 12 einerseits an der Radachse 26 und andererseits an einem Punkt 27 am Träger 13 mit Tatzlagern gelagert werden kann. Die linke Hälfte der Fig. 10 zeigt die Lagerung eines Gestellmotors, wobei der zusätzliche Träger durch einen Arm 28 zu einem T-förmigen Träger ausgebildet ist, an dem der Motor 12 befestigt ist. Auf diese Weise wird eine Dreipunkt-Lagerung in den beiden Lagern 25 und im Befestigungspunkt 29 des Armes 28 erreicht, durch die die Vervindbarkeit des Drehgestelles nicht beeinträchtigt wird.

Die Vorzüge des Drehgestellrahmens nach der Erfindung zeigen sich vor allem wenn man die Arbeit des Konstrukteurs betrachtet. In Konstruktionszeichnungen müssen alle Maße in Längeneinheiten, meist in mm, angegeben werden. Beim Drehgestell nach der Erfindung gibt es die Möglichkeit, bestimmte Maße, z.B. die Gesamtlänge des Drehgestells bzw. der Längsträger 1, den Achsabstand, die Spurweite bzw. die Länge der Querträger und noch einige andere^ Angaben

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in allgemeinen Zahlen, z.B. mit χ, γ, ζ in der Zeichnung anzugeben und neben der Zeichnung, etwa zusammen mit der üblichen Stückliste, eine Tabelle vorzusehen, in die die jeweils anzuwendenden Werte für diese allgemeinen Zahlen im Einzelfall eingetragen werden. Der Konstrukteur, der heute bei der Änderung eines einzigen Maßes einen vollständigen neuen Satz Zeichnungen mit allen Maßen anfertigen muß, kann sich beim Drehgestell nach der Erfindung darauf beschränken die im Einzelfall gewünschten Maße in diese Tabelle einzusetzen, während alle anderen Maße in der Zeichnung unverändert bleiben. Es ergibt sich aber nicht nur eine Vereinfachung der Arbeit des Konstrukteurs, sondern in gleicher Weise ist auch die Herstellung vereinfacht, weil zur Fertigung eines Drehgestells lediglich die Längs- und Querträger in den erforderlichen Längen zugeschnitten und entsprechend miteinander verschweißt werden müssen. Sofern Querträger mit gekröpftem Ober- oder Untergurt vorgesehen sind, können diese in den jeweils angegebenen Längen nach Lehren zusammengeschweißt werden. Wenn die Längsträger Ausschnitte für die Radachslager erhalten sollen, so können diese Ausschnitte ohne Rücksicht darauf, wie lang jeweils die Längsträger sind, an den durch den Achsabstand bedingten Stellen eingeschnitten und die Verbindungen für die dadurch unterbrochenen Untergurte eingeschweißt werden. An dem so in einfacher Weise hergestellten Drehgestellrahmen können alle anderen üblicherweise bei einem Drehgestell erforderlichen Bauteile, zu denen nicht nur die Radachslager, die Primär- und Sekundärfedern und gegebenenfalls die Wankstütze oder Drehhemmung, sondern auch noch alle anderen Teile, wie Bremsen, Lichtmaschine usw. gehören, angebracht werden, so daß die einfache und im wesentlichen aus geraden Teilen bestehende Konstruktion des Drehgestellrahmens die Möglichkeit eröffnet, ein Drehgestell, ohne jedesmal von neuem Konstruktionsarbeit aufwenden zu müssen, nach dem Baukastensystem zusammenzubauen.

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Claims

DR. HEINZ FEDER DR. WOLF-D. FEDER PATENTANWÄLTE Düsseldorf Akte 77-10/20-106 ^ -j. JUNI Dr.P/Wi Patentansprüche

1.) Verwindungsweicher Drehgestellrahmen für Schienenfahrzeuge mit verdrehweichen Längs- und Querträgern, die miteinander durch Schweißung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsträger (1) gerade Träger sind, der Rahmen ein Rechteckrahmen mit zwei Querträgern (2) an den Stirnseiten und einem oder mehreren Querträgern (3) in der Mitte ist, wobei die Enden der Querträger (2, 3) unter den Längsträgern liegen und die Untergurte (Ib) der Längsträger (1) mit den Obergurten (2a, 3a) der Querträger (2, 3) verschweißt sind.

2. Verwindungsweicher Drehgestellrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Querträger (2, 3) gerade Träger sind.

3. Verwindungsweicher Drehgestellrahmen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte zwei zueinander parallele Querträger (3) und/oder ein zwischen den Längsträgern (1) mindestens annähernd in Höhe der Untergurte (Ib) der Längsträger (1) liegendes Blech (4) angeschweißt ist.

ORIGINAL INSPECTED

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4. Verwlndungsweicher Drehgestellrahmen nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsträger (1) Ausschnitte (5) zur Aufnahme der Radlager (6) aufweisen.

5. Verwindungsweicher Drehgestellrahmen nach einem der
Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Längsträger (1) zwischen den Radlagern (6) durch offene unter den Untergurten liegende zusätzliche Träger (7)
verstärkt sind.

6. Verwindungsweicher Drehgestellrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Querträger (2, 3) zwischen den Längsträgern (1) durch
Erhöhung des Mittelsteges (2c, 3c) verstärkt sind.

7. Verwindungsweicher Drehgestellrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Triebdrehgestellen zur Lagerung des Motors (12) an den Querträgern (3) zu diesen parallele Träger (13) drehbar
gelagert sind, an denen der Motor (12) an ein oder zwei Punkten gelagert ist.

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