DE69917159T2

DE69917159T2 - Drehgestell mit Komposit-Längsträgern

Info

Publication number: DE69917159T2
Application number: DE69917159T
Authority: DE
Inventors: Alain Landrot
Original assignee: Alstom Holdings SA
Current assignee: Alstom Holdings SA
Priority date: 1998-09-02
Filing date: 1999-08-03
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2019-08-04
Also published as: FR2782687B1; CA2279736A1; ATE266550T1; FR2782687A1; DE69917159D1; PT983922E; US6338300B1; ES2221331T3; EP0983922B1; CA2279736C; DK0983922T3; EP0983922A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Drehgestell insbesonders für Schienenfahrzeuge, welches zur Lagerung einer solchen Last wie der Wagenkasten oder eine Motoreneinheit vorgesehen ist, und wobei sich dieses auf mehreren auf Achsen verteilten Rädern abstützt.
Unter Berücksichtigung der zu tragenden Masse und der Verfahrgeschwindigkeit sind die Einwirkungen von Bedeutung, die aufgrund der Beschleunigungen, besonders während der Richtungswechsel, auftreten, und aus diesem Grund ist es üblich, die Drehgestelle in Form von massiven Stahlteilen oder metallenen Schweißkonstruktionen auszuführen. Diese Teile und diese Konstruktionen sind schwer (im Allgemeinen zwischen 1300 und 1900kg) und starr. Sie müssen mit Aufhänge- und Dämpfungssystemen ausgerüstet werden, um den Komfort der Passagiere des Fahrzeugs und die Absorption der Schwingungen zu gewährleisten, welche aufgrund von Unregelmäßigkeiten des Schienenwegs entstehen, auf dem das Fahrzeug fährt. Daraus resultiert, dass unter der Berücksichtigung der zulässigen Achslasten die Größe der möglichen Zuladung des Wagenkastens notwendigerweise bemerkenswert eingeschränkt wird.
Aus der europäischen Patentanmeldung 0 031 008 ist ein Drehgestell für Schienenfahrzeuge bekannt, welches Gestellabschnitte in Form eines H aus Verbundwerkstoffen umfasst, wobei diese Gestellabschnitte weder eine wirksame Dämpfung der Einwirkungen aufgrund der vertikalen und transversalen Beschleunigungen des Teils in Bewegung ermöglichen noch eine Montage von Zusatz- oder Sicherheitsbauteilen wie einen Motor, eine Bremsanlage oder ein Steuerungssystem zulassen, denn sie müssen für einen wirksamen Widerstand gegen erzeugte dynamische Beanspruchungen einen bedeutenden Querabschnitt aufweisen, welcher eine beachtliche Menge an Verbundwerkstoff erforderlich macht, die Fertigungskosten des Drehgestells erhöht und technische Probleme in Bezug auf den Guss beziehungsweise die Gussform bereitet. Außerdem ist es schwierig, mit dieser Ausgestaltung ein Gestell zu erhalten, welches identische Eigenschaften an Flexibilität beiderseits der mittleren Längsebene des Drehgestells aufweist.
Das Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile abzustellen und ein Drehgestell zu schaffen, welches einen Aufbau hat, bei dem die Längsträger wirksam zur Aufhängung des Fahrzeugs beitragen, indem sie trotzdem eine einfache Geometrie bewahren und einen attraktiven Preis behalten, wobei die gesamten wirtschaftlichen Leistungen des Drehgestells verbessert werden.
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung ein Drehgestell, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Zum Beispiel besteht der Längsträger vorzugsweise aus einem einstückigen Stab, welcher elastisch und auswechselbar ist, eine primäre parametrierbare Aufhängung bildet und aus einem Verbundwerkstoff hergestellt ist.
Dank dieser Eigenschaften trägt der Längsträger, welcher zugleich die Funktionen der Lagerung des Fahrzeugs zwischen den Achsen, der primären Aufhängung des Fahrzeugs, der Dämpfung der Schwingungen zwischen den Achsen und dem Fahrzeug sowie der seitlichen Führung der Achsen gewährleistet, dazu bei, das Drehgestell in Bezug auf die herkömmlichen Bauweisen aus Stahl leichter zu machen, was die Größe der Zuladung des Fahrzeugs erhöht. Die Schmiegsamkeit des Verbundwerkstoffs beispielsweise auf der Basis von Glas-, Karbon- oder Aramidfasern, welche in ein Epoxidharz oder ein anderes eingebracht sind, ermöglicht ihm die Durchführung einer wirksamen Dämpfung der häufigsten in einem Drehgestell auftretenden Schwingungsfrequenzen. Überdies können die Abmessungen des Längsträgers so gewählt werden, dass seine Herstellung einfach ist. Das Zwischenbauteil, welches sich in Bezug auf die Buchse des Längsträgers und dem Achskasten in Längsrichtung verschieben kann, gestattet es, die durch die Fahrzeuglast verursachten Abstände aufzunehmen und das Phänomen des Galoppierens des Drehgestells zu dämpfen.
Gemäß einer bevorzugten Eigenschaft der Erfindung ist das Zwischenbauteil ein Dämpfungsmittel, das wenigstens teilweise aus einem Elastomer besteht, zum Beispiel aus Kautschuk, und vorzugsweise ein Elastomer-Metall ist, welches in Abhängigkeit von den elastischen Deformationen des elastischen Stabes des Längsträgers beansprucht wird und mit diesem eine Dämpfung der Bewegungen des Drehgestells ermöglicht.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen vorteilhaften Eigenschaft bildet das Zwischenbauteil zur Dämpfung eine zusätzliche Stufe der primären Aufhängung, der Parametrierung der Steifigkeit der Aufhängung.
Einem weiteren alternativen Merkmal entsprechend ist das Zwischenbauteil zum Beispiel ein metallisches Teil, welches mit einem Gleitstück in Reibschlussverbindung als Dämpfungselement steht, wodurch es ermöglicht wird, ein Drehgestell kostengünstiger auszustatten, da es nicht notwendig ist, die Wirksamkeit der Aufhängung zu optimieren.
Einem noch weiteren optionalen Merkmal der Erfindung entsprechend umfasst das Drehgestell zwei Längsträger, von denen jeder aus mindestens einem elastischen vorzugsweise einstückigen Stab besteht, und welche an derselben Drehgestelltraverse befestigt sind. Es ist möglich vorzusehen, dass jeder Längsträger unterhalb der Traverse am oberen Abschnitt des mittleren Bereichs der Länge des Stabes angebracht wird, was dieser Traverse die Lagerung des Fahrzeugs ermöglicht, indem diese mit sekundären Aufhängemitteln ausgestattet ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, die Ausführungsformen der Erfindung nur beispielhaft aber nicht eingeschränkt wiedergibt und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei
1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Drehgestells zeigt;
2 eine schematische perspektivische Ansicht von zwei Längsträgern und eines Abschnitts einer Traverse eines Drehgestells gemäß dem in 1 darstellt;
3 einen schematischen Schnitt zeigt, der die Montage eines Längsträgers in Bezug auf einen Achskasten in einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
4 einen schematischen Schnitt zeigt, der die Montage eines Längsträgers in Bezug auf einen Achskasten in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Das in 1 dargestellt Drehgestell 1 ist als Auflager eines Schienenfahrzeugs V vorgesehen, wobei es auf Schienen R steht, von denen eine in 1 gezeigt ist. Dieses Drehgestell 1 beinhaltet eine Traverse 2, auf welcher sekundäre Aufhängeeinheit 3 zwischen der Traverse 2 und dem Wagenkasten des Fahrzeugs V angeordnet ist. Die Traverse 2 wird vor allem mittels Achskästen 4 für mindestens zwei in ihnen drehbar montierte Achsen gelagert, wobei diese Räder 5 tragen. Zu diesem Zweck sind an der Traverse 2 zwei Längsträger 6 (von denen in 1 nur einer dargestellt ist) befestigt und mit den Achskästen 4 in einer solchen Weise verbunden, die noch detaillierter im Folgenden beschrieben wird, damit die Achsen an einen Bereich angebunden werden, der wenigstens annähernd zentral zur Länge des Drehgestells liegt. Die Achskästen 4 sind weiterhin an der Traverse 2 mittels Längslenkern 7 befestigt.
Die Längsträger 6 umfassen jeder mindestens ein elastisches einstückiges, in einer geeigneten Weise gestalteten Stab, vorzugsweise bogenförmig, welcher aus Glas-, Karbon- oder Aramidfasern besteht, die in einem Formteil auf der Basis eines Epoxidharzes oder anderem eingebettet sind. Somit erhält man eine leichte Bauweise, welche ausgezeichnete mechanische Eigenschaften bei relativ geringen Fertigungskosten aufweist. Ein Abschnitt 61 eines jeden Endes eines jeden Längsträgers 6, der mit seinem mittleren Abschnitt nach unten angeordnet ist, ist in einer Buchse 8 des Längsträgers eingebracht und ist auf jeweils einem Achskasten 4 über mindestens ein Zwischenbauteil 9 gelagert, welches vom Achskasten getragen wird und selbst die Buchse des Längsträgers trägt (3 und 4). Hier ist jeder Längsträger 6 aus einem einstückigen elastischen Stab aus Verbundwerkstoff gebildet.
Die Abschnitte 61 des Längsträgers 6 aus Verbundwerkstoff sind in den Buchsen 8 eingeklebt, um so einen Zusammenbau zu realisieren, der sich auf den Achskästen 4 abstützen kann. Der Zusammenbau mittels Kleben ist besonders an einen Längsträger aus Verbundwerkstoff angepasst, denn die Auswahl des Klebers ist abhängig von diesem Werkstoff.
Die Längsträger 6 können mit allen geeigneten Mitteln befestigt werden, zum Beispiel mittels Bügel 10 (2) in den Nuten der Traverse 2 dergestalt, dass diese und die Längsträger 6 einen starren Zusammenbau in dem mittleren Abschnitt der Länge des Drehgestells 1 bilden.
Die Längsträger 6 sind als bogenförmige Träger ausgebildet, welche hier in den Nuten eingebracht sind und auf der Höhe der Bügel 10 gehalten werden, beansprucht von vertikalen Einwirkungen auf der Höhe der gebogenen Abschnitte 61 der Enden. Erfindungsgemäß wird hierbei die Schmiegsamkeit der Stäbe aufgrund der Eigenschaften des ausgewählten Werkstoffs ausgenutzt, damit diese eine primäre Aufhängungsfunktion infolge ihrer elastischen Deformation entlang ihres Durchbiegebereiches gewährleisten. Somit tragen die Längsträger in großem Maße dazu bei, eine wirksame Dämpfung von möglichen Schwingungen zu erreichen, die zwischen den Achskästen 4 und der Traverse 2 auftreten können, wobei dieses mittels eines Zwischenbauteils erfolgt, wie aus dem Weiteren hervorgeht.
Die Auswahl einer demontierbaren Befestigungsvorrichtung einfacher Art gestattet die Auswechselbarkeit der Längsträger 6 dergestalt, dass diese eine primäre parametrierbare Aufhängung bilden; weiterhin können die Längsträger leicht paarweise zusammengestellt werden, so dass das Chassis identische Eigenschaften an Flexibilität beiderseits der mittleren Längsebene des Drehgestells aufweist; ebenso ist es möglich, Drehgestelle von unterschiedlicher Länge durch die einfache Wahl der Länge der Längsträger zu realisieren.
Dank der Geometrie des Drehgestells ist es möglich, auf der Traverse 2 zusätzliche Bauteile zu befestigen, solche wie eine Bremsanlage 11 oder eine elektronische Steuervorrichtung; ebenfalls kann die Traverse 2 im Fall eines Antriebsdrehgestells einen Motor zum Antreiben der Räder 5 tragen. Der allgemeine einfache Aufbau des erfindungsgemäßen Drehgestells umfasst eine Traverse 2 und zwei Längsträger entsprechend der Darstellung nach 2 und ermöglicht einen besonders attraktiven Fertigungspreis, insbesonders für ein Drehgestell, welches zum Teil aus Glasfaser und Epoxidharz besteht.
In den jeweils in 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen haben übereinstimmende Teile identische Bezugszeichen.
Wie aus dem Vorangegangenen zu ersehen ist, sind die Abschnitte 61 der Enden der Längsträger 6 aus Verbundwerkstoff jeweils in einer Buchse 8 angeordnet, welche von einem Achskasten 4 über mindestens ein Zwischenbauteil 9 getragen wird, die sich auf dem Achskasten abstützt. Außerdem sind die Achskästen an der Traverse 2 des Drehgestells über die Längslenker 7 angelenkt, welche vorzugsweise ebenfalls aus Verbundwerkstoff bestehen, und welche sich frei unter den vertikalen Einwirklasten (Richtung Z in 2) durchbiegen können.
In den zwei Ausführungsformen sind die Achskästen 4 und die Achsen konzentrisch mit Lagern zusammen montiert, und die Achskästen beinhalten einen Abschnitt, der in einem Schnitt durch eine radiale Ebene in Bezug auf die Räder einen U-förmigen Querschnitt aufweist, dessen Schenkel zwischen sich einen Raum abgrenzen, in dem ein Zwischenbauteil wenigstens zum Teil angeordnet ist.
Die Buchse 8 weist ebenfalls einen U-förmigen Querschnitt auf und ist umgekehrt in Bezug auf das U des Achskastens angeordnet, wobei deren Schenkel zwischen sich einen Raum festlegen, in welchem das Zwischenelement zum Teil angeordnet ist. Selbstverständlich besitzt das U der Buchse 8 einen Körper, dessen Querschnitt Abmessungen aufweist, die ausreichend groß sind, dass ein Abschnitt 61 eines Endes des Längsträgers in einer Ausnehmung angeordnet werden kann, die in dem Körper eingebracht ist.
In der Ausführungsform gemäß 3 sind die Schenkel des U der Buchse 8 zwischen den Schenkeln des U des Achskastens 4 mit einem Abstand untereinander angeordnet, welcher zwischen jedem Schenkel des U des Achskastens und dem am nächsten gegenüberliegenden Schenkel der Buchse mit einer kleinen Platte 12 eingestellt werden kann, die aus einem selbstschmierenden Polyamidwerkstoff mit einem geringen Reibungskoeffizienten besteht. Dieses kann zum Beispiel der im Handel unter dem Namen Railco oder Ertalon bekannte Werkstoff sein. In dieser Ausführungsform ist das Zwischenbauteil 9, welches vollständig oder fast vollständig in dem Raum zwischen den Schenkeln des U des Achskastens angeordnet ist, ein Klotz aus Elastomer (zum Beispiel Kautschuk) oder vorzugsweise ein Klotz, der zum Teil aus Elastomer und zum Teil aus einem anderen Werkstoff (zum Beispiel Metall) besteht, und gewährleistet die Dämpfung der Schwingungen und Durchbiegungen des Längsträgers, welche durch die Bewegungen des Drehgestells hervorgerufen werden, wobei der Längsträger selbst eine ständige korrekte Positionierung in der Querrichtung (Richtung Y in 2 bis 4) sicherstellt. Eine geeignete Auswahl des Zwischenbauteils, welches in dieser Ausgestaltungsform eine zusätzliche Stufe der primären Aufhängung bildet, gestattet es, die vertikale Steifigkeit anzupassen, das heißt die Starrheit der Aufhängung, wodurch sich die Möglichkeit ergibt, diese Chassisausführung in gleicher Weise für ein Antriebsdrehgestell oder ein Tragdrehgestell zu verwenden, sei es für hohe Geschwindigkeiten oder nicht. Der Block 9 ist bevorzugt zwischen Blechen beziehungsweise Platten angeordnet, die jeweils mit der Buchse 8 und dem Achskasten 4 in Berührung stehen, und es ist anzumerken, dass der Block und die Platten weder unter sich noch an der Buchse oder/und an dem Achskasten befestigt sind, wobei die Auslenkung ihrer Bewegungen nur durch Anschläge begrenzt wird.
In der Ausgestaltungsform nach 4 stehen die Außenseiten der Schenkel des U der Buchse 8 ebenfalls näher zueinander als die Innenseiten der Schenkel des U des Achskastens 4, aber die Schenkel des U der Buchse sind im Allgemeinen nicht oder nur zu einem geringen Teil innerhalb des Raumes, der zwischen den Schenkeln des U des Achskastens festgelegt ist, infolge der Auswirkungen der Abmessungen, die durch die Montage des Zwischenbauteils 9 hervorgerufen werden, das mit einem metallischen Gleitstück 13, beispielsweise aus Stahl, in Reibverbindung steht. In dieser Ausführungsform weist das Zwischenbauteil 9, zum Beispiel selbst ein Klotz aus Metall, einen umgekehrten T-förmigen Querschnitt auf, dessen horizontaler Schenkel zwischen den Schenkeln des U des Achskastens in einem Abstand angeordnet ist, welcher zwischen jedem Schenkel des U des Achskastens 4 und der jeweils gegenüberliegenden Endseite des horizontalen Schenkels des umgekehrten T des Klotzes 9 mit einer kleinen Platte 14 aus einem Werkstoff mit einem geringen Reibungskoeffizienten eingestellt werden kann. Ebenso ist der vertikale Körperteil des umgekehrten T zwischen den Schenkeln des U der Buchse 8 in einem Abstand angeordnet, welcher zwischen jedem Schenkel des U der Buchse und der jeweils gegenüberliegenden Seite dieses Körperteils mit einer kleinen Platte 15 aus einem Werkstoff mit einem geringen Reibungskoeffizienten eingestellt werden kann. Der Körperteil des umgekehrten T ist mit den Schenkeln des U der Buchse über einen Achse verbunden, die eine Schwenkachse bildet, welche die Einheit (selbstverständlich die kleinen Platten 15 eingeschlossen) vollkommen durchquert.

Claims

Drehgestell (1), welches zur gemeinsamen Abstützung auf Rädern (5) angepasst ist, und welches mindestens zwei Radachsen, mindestens einen von den Achsen zu einem wenigstens annähernd auf der mittleren Länge des Drehgestells liegenden Abschnitt verlaufenden Längsträger (6) und Achskästen (4) umfasst, in welchem die Achsen drehbar montiert sind, und wobei der Längsträger (6) mindestens einen elastischen Stab umfasst, der eine primäre Aufhängung bildet, und aus einem Verbundwerkstoff auf der Grundlage von Fasern besteht, die in einem Harz eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab, der den Längsträger bildet, auswechselbar ausgebildet ist, so dass die primäre Aufhängung parametrierbar ausgebildet ist, und dass ein Abschnitt (61) eines jeden Endes des Längsträgers in einer Buchse (8) des Längsträgers angeordnet ist, wobei die Buchse (8) auf einem Achskasten jeweils über mindestens ein Zwischenbauteil (9) aufliegt.
Drehgestell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenbauteil (9) ein Dämpfungsmittel ist, das wenigstens teilweise aus einem Elastomer besteht, um mit dem elastischen Stab die Bewegungen des Drehgestells (1) zu dämpfen.
Drehgestell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenbauteil (9) ein Dämpfungsmittel ist, das eine zusätzliche Stufe der primären Aufhängung und der Parametrierung der Steifigkeit der Aufhängung bildet.
Drehgestell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenbauteil (9) ein metallisches Teil ist, welches mit einem Gleitstück (13) in Reibschlussverbindung als Dämpfungselement steht.
Drehgestell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei Längsträger (6) beinhaltet, die jeweils mindestens einen elastischen Stab umfassen und an einer gleichen Traverse (2) des Drehgestells angelenkt sind.