AT394981B

AT394981B - Laufwerk fuer schienenfahrzeuge

Info

Publication number: AT394981B
Application number: AT234888A
Authority: AT
Original assignee: Sgp Verkehrstechnik
Priority date: 1988-09-23
Filing date: 1988-09-23
Publication date: 1992-08-10
Also published as: EP0360782A2; EP0360782A3; DE58903395D1; ES2039950T3; ATA234888A; EP0360782B1

Description

AT 394 981B

Die Erfindung betrifft ein Laufwerk für Schienenfahrzeuge, welches mindestens zwei Radsätze aufweist, deren Radachse in Radsatzlagem gelagert ist, welche in einem Radsatzlagergehäuse angeordnet sind, wobei zur Anpassung des Bogenfahrverhaltens in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit bzw. der Drehzahl der Räder eine Einrichtung zur Steuerung der Radsätze vorgesehen ist 5 Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Laufwerkes für Schienenfahizeuge, das auch für hohe Geschwindig keiten, z. B. über 160 km/h, geeignet ist und geringe Rad-Schienen-Kräfte und geringen Rad-Schiene-Verschleiß aufweist

Unter Laufwerken sind sowohl die entsprechenden Teile eines Starrahmenfahrzeuges als auch die von Drehgestellen eines Drehgestellfahrzeuges zu verstehen. Im folgenden wird die Erfindung nur mehr am Beispiel von 10 Drehgestellen erläutert.

Im allgemeinen sind Drehgestelle, die für hohe Geschwindigkeiten geeignet sind, mit Radsätzen ausgerüstet, die relativ steif mit dem Drehgestellrahmen, hauptsächlich in X-Richtung (Fahrtrichtung), verbunden sind, um instabilen Lauf vermeiden zu können. Diese Drehgestelle haben durch die relativ starre Anlenkung der Radsätze am Rahmen nicht die Möglichkeit der Radsätze, sich bei Fahrt im Bogen radial einzustellen. Aus diesem Grund sind einerseits 15 die Kräfte zwischen Rad und Schiene und der Verschleiß zwischen Rad und Schiene höher als bei Drehgestellen, deren Radsätze nicht relativ steif, sondern längselastisch mit dem Drehgestellrahmen verbunden sind und die sich bei Bogenfahrt teilweise oder vollständig radial einstellen können.

Drehgestelle, die vorzugsweise geringe Kräfte und geringen Rad-Schiene-Verschließ auch bei Bogenfahrt aufweisen sollen, werden u. a. mit Radsätzen ausgerüstet, die relativ elastisch (weich) mit dem Drehgestellrahmen, 20 vorzugsweise in X-Richtung (Fahrtrichtung), verbunden sind. Dadurch haben die Radsätze die Möglichkeit, sich bei

Bogenfahrt radial einzustellen, wodurch die Kräfte zwischen Rad und Schiene sowie der Verschleiß zwischen Rad und Schiene vermindert werden. Derartige Drehgestelle mit längselastischen Radsätzen sind nicht oder nur mit Zusatzeinrichtungen für hohe Geschwindigkeiten von z. B. über 160 km/h geeignet.

Laufwerke der eingangs beschriebenen Art sind durch die DE-OS 37 06180bekannt geworden. Diese Laufwerke 25 besitzen jeweils zwei durch eine Kopplungseinrichtung gegensinnig miteinander gekoppelte Radsätze, von denen jeder eine in zwei Radsatzlagem laufende Achse aufweist, an der die beiden Räder starr befestigt sind. Die Kopplungseinrichtung weist zwei an den beiden Längsseiten des Drehgestelles angeordnete doppeltwirkende Pneumatik- oder Hydraulikeinheiten auf, die zwei sich in entgegengesetzter Richtung erstreckende Übertragungsstangen enthält, welche die beiden auf derselben Schiene abrollenden Räder der beiden Radsätze 30 miteinander verbinden. Diese Kopplungseinrichtung wirkt in der Weise, daß die Radsätze so miteinander gekoppelt sind, daßeine Verdrehung des einen Radsatzes um seine Hochachse eine um das selbe Maß gegensinnige Verdrehung des anderen bewirkt. Ein Nachteil dieses Laufwerkes liegt darin, daß es keine schaltbare und somit veränderliche Radsatzführungssteifigkeit besitzt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Laufwerkes mit selbststeuemden Radsätzen, die sich unabhängig 35 voneinanderimGleiseinstellenkönnen,undmitdemesmöglichist,jenachErfordemis,vorzugsweiseauch während der Fahrt, von einer weichen (längselastischen) auf eine relativ starre Anlenkung der Radsätze umzuschalten bzw. beliebige Zwischenstufen in der Anlenksteifigkeit zwischen Radsätzen und Drehgestellrahmen zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Laufwerk der eingangs «wähnten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Einrichtung in der Verbindung zwischen dem Radsatzlagergehäuse und dem Rahmen des Laufwerkes 40 vorgesehen ist und mindestens eine an sich bekannte, mit einem gummielastischen Element ausgestattete Buchse aufweist, deren Steifigkeit zumindest in der Fahrtrichtung in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit bzw. der Drehzahl der Räder und/oder der Beschleunigung des Schienenfahrzeuges änderbar ist. Dadurch ist es möglich, je nach Erfordernis die Radsätze entweder relativ starr oder längselastisch (weich) mit dem Rahmen des Fahrwerkes zu verbinden. 45 Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das gummielastische Element der Buchse mit einander diametral gegenüberliegenden Aussparungen versehen, wobei ein Schieber vorgesehen ist, welcher in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit bzw. der Drehzahl der Räder und/oder Beschleunigung des Fahrzeuges in die Aussparungen ein- bzw. aus diesen ausführbar ist.

Buchsen mit gummielastischen Elementen, die mit einander diametral gegenüberliegenden Aussparungen ver-50 sehen sind, beschreibt die EP-A2 221667. Diese Buchse ist jedoch nicht steuerbar und an einer anderen Stelle als erfindungsgemäß angeordnet.

Um sicherzustellen, daß der Schieber auch bei größeren Verschiebungen des Radsatzlagergehäuses in Längsrichtung gegenüber dem Drehgestellrahmen in die Aussparungen des gummielastischen Elementes eingezogen werden kann, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß das gummielastische Element im 55 Bereich der Aussparungen nach unten divergierend auslaufende Schrägflächen und der Schieber in die Aussparungen einführbare Fortsätze aufweist, welche den Schrägflächen des gummielastischen Elementes gegenüberliegende Schrägflächen aufweisen, welche vorzugsweise parallel zu den Schrägflächen des gummielastischen Elementes -2-

AT 394 981B verlaufen. Für eine sogenannte Zapfenführung eines Radsatzlagergehäuses ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß die mit steuerbaren Steifigkeitseigenschaften ausgestatteten Buchsen an den äußeren Enden der Radsatzlagergehäuse angeordnet sind.

Weiters ist es vorteilhaft, den Schieb» mit einer Kolbenstange eines hydraulisch oder pneumatisch betätigbaren Kolben zu verbinden.

Zur Sicherstellung der Laufstabilität desFahrzeuges bei Ausfahren der Pneumatik oder Hydraulik, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß der den Schieb» betätigende Kolben unter dem Einfluß einer Feder od. dgl. steht, welche den Kolben in jene Lage drückt, in welcher d» Schieb» in die Buchse eingeführt ist.

Zur Üb»tragung der Kräfte zwischen Drehgestellrahmen und dem Radsatzlag» kann in vorteilhafter Weise die Steifigkeitseigenschaften ändernde Buchse zwischen einem am Radsatzlagergehäuse abgestützten Führungstopf und einem Radsatzführungszapfen angeordnet sein.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung desLaufwetkeskann in d»Weiseausgeführt sein,daß am Radsatzführungs-zapfen zwei Buchsen koaxial angeoidnet sind, von welchen die eine Buchse am Radsatzführungszapfen fest und die andere drehbar sitzt und durch Anordnung zweier einand» gegenüberliegender, in d» Axialrichtung verlaufenden konzentrischen Aussparungen in Abhängigkeit von der Winkellagebzw. der FahrgeschwindigkeitdesSchienenfahr-zeuges ihre Steifigkeitseigenschaften ändert

Weitere Merkmale der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert in welch» zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Laufwerkes dargestellt sind.

Es zeigen Fig. 1 eine Seitenansicht und Fig. 2 eine Draufsicht des Laufwerkes in v»einfachter Darstellung, Fig. 3 einen Schnitt nach d» Linie (ΙΠ-ΙΙΙ) der Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt nach d» Linie (TV-IV) der Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie (V-V) der Fig. 6, Fig. 6 eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform des Laufwerkes in vereinfachter Darstellung, Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie (VH-Vn) der Fig; 6, Fig. 8 einen Querschnittder beweglichen Buchse d» Anordnung nachFig. 7in ein» Arbeitsstellung undFig. 9 einen Querschnitt dieser Buchse in einer anderen Arbeitsstellung.

Die Ausführungsform des Laufwerkes nach den Figuren 1-4 besitzt ein Drehgestell (1), welches zwei in der Fahrtrichtung liegende Seitenwangen (2) aufweist, die in der Längsmitte durch einen Hauptträger (3) und zu beiden Seiten desselben durch je einen Bremsträger (4) verbunden sind. Mit den strichpunktierten Linien sind in Fig. 2 Radsatzachsen (5) angedeutet, welche an beiden Enden in je einem Radsatzlager gelagert sind, das in einem Radsatzlagergehäuse sitzt, welches zu beiden Seiten der Radsatzachse einen Radsatzführungszapfen (6) (Fig. 3) lagert, der in den Figuren 1 und 5 durch lotrechte, strichpunktierte Linien angedeutet ist Ein Teil des Radsatzlagergehäuses ist in Fig. 3 mit (7) bezeichnet. Es besitzt eine Öffnung (8) zur Aufnahme eines Führungstqpfes (9), der zylindrisch ausgeführt mit einer Gleitbuchse (10) ausgekleidet ist, in die eine ringförmige Buchse (11) eingesetzt ist, die einen Außenring (12) und einen Innenring (13) und dazwischen ein einvulkanisiertes, ringförmiges gummi-elastisches Element (14) besitzt, welches innenseitig, in der Fahrtrichtung gesehen, einander diametral gegenüberliegende ringsegmentförmige Aussparungen (15,16) besitzt Im B»eiche dies» beiden Aussparungen (15,16) hat das gummielastische Element (14), wie Fig. 3 zeigt einen trapezförmigen Querschnitt mit innenseitigen Schrägwanden (17,19). Erfindungsgemäß sind in die Aussparungen (15) bzw. (16) der außen liegenden Buchsen Fortsätze (21) bzw. (22) eines Schiebers (23) einführbar, dessen Boden (24) mit einer mittigen Bohrung (25) zum Hindurchführen einer Kolbenstange (26) versehen ist, die im Radsatzführungszapfen (6) geführt an ihrem oberen Ende mit einem Kolben (27) verbunden ist. D» Kolben (27) ist in einem im Rahmen des Laufwerkes bzw. dessen Längswangen (2) befestigten Zylinder (28) geführt, der mit seinen Wänden (29) durch einen Preßsitz am Radsatzführungszapfen (6) aufsitzt Der Kolben (27) steht unter dem Einfluß einer ihn nach oben drückenden Feder (30), welche als Schraubenfeder ausgebildet, einerseits auf einem Absatz (31) einer zylindrischen Öffnung des Radsatzführungszapfens (6) und andererseits am Kolben (27) abgestützt ist und die Tendenz hat diesen Kolben nach oben zu drücken. Über dem Kolben (27) befindet sich ein durch einen Zylinderdeckel (33) abgeschlossener Raum (34), welcher über eine Leitung (35) mit Druckluft gespeist wird. Die Versorgung des Raumes (34) mit Druckluft erfolgt von einem nicht dargestellten Druckluftbehälter über Leitungen (55 - 58). Anstelle einer pneumatischen kann auch eine hydraulische Anlage treten.

Zur Abdichtung des Systems ist ein Balg (36) vorgesehen, welcher an seinem unteren Ende durch einen Klemmring (37) an einer Buchse (38) befestigt ist, die in das obere Ende des Führungstopfes (9) eingesetzt ist. Das obere Ende des Balges (36) ist an einem offenen, seitlich abstehenden Boden (39) eines Topfes (40) angeschlossen. Der Topf (40) ist mit seinem ausragenden Rand des Bodens (39) zwischen einer Schraubenfeder (41) und einem Gummiring (54) des Drehgestellrahmens bzw. der Seitenwange (2) desselben eingespannt. Die Schraubenfeder (41) dient zur vollen Aufnahme der vertikalen Führungskräfte und sitzt an ihrem unteren Ende auf einem vom Führungstopf (9) abstehenden Bund (42) auf, mit welchem sich der Führungstopf (9) über eine Beilage (43) am Radsatzlagergehäuse (7) abstützt. Am oberen Ende stützt sich die Feder (41) am ausragenden Teil des Bodens (39) -3-

AT 394 981B des Topfes (40) ab. Die Kolbenstange (26) ist durch einen Bolzen (44) mit dem Boden (24) des Schiebers (23) verbunden.

Selbstverständlich können im Rahmen der Erfindung verschiedene konstruktive Ausgestaltungen vorgenommen werden. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, in das gummielastische Element (14) der Buchse (11), wie Fig. 4 zeigt, zwischen den beiden Aussparungen (15) und (16) ein Blechsegment (53) einzuvulkanisieren.

Wie bereits eingangs erwähnt, soll die Buchse (11) für hohe Geschwindigkeiten steif, hingegen für geringere Geschwindigkeiten, wie sie beispielsweise beim Kurvenfahren in Bögen mit kleinen Radien auftieten, weich sein. In der in Fig. 3 dargestellten Lage des Schiebers (23) ist die Buchse (11) weich eingestellt, indem die Fortsätze (21, 22) des Schiebers aus dem Bereich des gummielastischen Elementes (14) nach unten getreten sind. Diese Lage des Schiebers (23) wird durch Einlassen von Druckluft in den Raum (34) bewirkt, wodurch auch der Kolben (27) mit seiner Kolbenstange (26) in die unterste Stellung gegen den Druck der Feder (30) gelangt. Mit z. B. zunehmender Geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges wird eine steigende Steifigkeit der Buchse (11) verlangt Um dies zu erreichen, wird Druckluft aus dem Raum (34) abgelassen, wodurch die Feder (30) den Kolben nach oben drückt, sodaß die Fortsätze des Schiebers (21,22) zwischen die lotrechten Flächen (17) des gummielastischen Elementes (14) und den Innenring (13) treten, bis sie die strichpunktiert dargestellte Lage eingenommen haben.

Bei sinkender Geschwindigkeit des Schienenfahizeuges wird durch neuerliches Einlassen von Druckluft in den Raum (34) der Schieber (23) mit seinen beiden Fortsätzen (21, 22) nach unten gedrückt. Diese Regelung bzw. Steuerung kann durch einen geschwindigkeitsabhängigen Regler erfolgen, welcher ein Einlaß- bzw. Auslaßventil einer pneumatischen oder hydraulischen Anlage steuert.

Vorzugsweise können die innenliegenden Buchsen (100) einer Radsatzführungseinheit immer weich und ohne Schieber (23) ausgeführt werden.

Bei Ausfall der Druckluft wird die außenliegende Buchse unter dem Einfluß der Feder (30) immer die harte Einstellung haben, d. h. in diesem Falle wird der Schieber (23) die strichpunktierte Lage einnehmen, was für den stabilen Lauf des Schienenfahrzeuges bei hohen Geschwindigkeiten notwendig ist.

Bei der Konstruktion nach den Figuren 5 - 9 trägt der Radsatzführungszapfen (6) zwei Buchsen (11A) und (11B), die anstelle der Buchse (11) treten. Der Radsatzführungszapfen (6) ist an seinem oberen Ende mit dem Drehgestellrahmen bzw. der Seitenwange (2) fix verbunden. Die Buchse (11A) ist mit dem Radsatzführungszapfen (6) fest verbunden, während die darunter liegende Buchse (11B) um diesen drehbar gelagert ist. Anstelle der Kolbenstange (26) ist eine Dreh welle (26 A) vorgesehen, welche an ihrem unteren Ende einen Mitnehmer (61) trägt, der mit Klauen (62) in den Klauen (63) der drehbaren Buchse (11B) eingreift. Die Drehwelle (26 A) trägt an ihrem oberen Ende einen Hebel (64), welcher mit einem Lenker (65) verbunden ist. Am Lenker (65) ist ein Lenker (66) angelenkt, der mit dem einen Ende eines doppelarmigen Schwenkhebels (67) gelenkig verbunden ist, dessen anderes Ende an einer Kolbenstange (68) eines hydraulischen oder pneumatischen Zylinders (69) angelenkt ist Die obere feste Buchse (11A) kann beliebig ausgeführt sein. Sie kann beispielsweise zwischen zwei konzentrischen Ringen ein volles Gummielement besitzen. Die drehbare Buchse (HB) besitzt, ähnlich wie die Buchse (11), zwischen einem Außenring (12) und einem Innenring (13) ein ein vulkanisiertes Gummielement (14), welches mit Aussparungen (15, 16) versehen ist Die Steifigkeit der oberen festen Buchse(ll A), vermehrt durch die Steifigkeit der unteren drehbaren Buchse (11B), wenn ihre Aussparungen (15,16) mittig in der Fahrzeugrichtung (X) gelegen sind, wie Fig. 8 zeigt, entspricht einer weichen Einstellung, d. h. einer Einstellung für Fahrgeschwindigkeiten, die unter einer kritischen Fahrgeschwindigkeit gelegen sind, bei welcher eine weiche Einstellung der Buchse erwünscht wird. Bei zunehmender Geschwindigkeit dreht der Steuermechanismus über die Drehwelle (26A) und den Mitnehmer (61) sowie die beiden Klauensätze (62) und (63) die drehbare Buchse bis zu 90° in die in Fig. 9 dargestellte Stellung, in welcher die Summe der Steifigkeiten der festen und der drehbaren Buchse (11A) bzw. (11B) jener S teifigkeit entspricht, welche die Buchse (11) des vorangegangenen Ausführungsbeispieles in der strichpunktiert dargestellten Lage des Schiebers (23) hatte. Die Steuerung der drehbaren Buchse (11B) kann durch einen Geschwindigkeitsregler erfolgen, welcher den Druck auf den Kolben des hydraulischen oder pneumatischen Zylinders (69) steuert

Bei dieser Konstruktion sind die Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften richtungsabhängig ausgebildet indem die Buchse (11B), je nach Erfordernissen, durch die beschriebene Vorrichtung in die entsprechende Lage gedreht wird, sodaß gerade diegewünschten Steifigkeits- undDämpfungseigenschaften in Längsrichtung (Fahrtrichtung) zwischen Radsätzen und Drehgestellrahmen zur Wirkung kommen. -4-

Claims

AT 394 981B PATENTANSPRÜCHE 1. Laufwerk für Schienenfahrzeuge, welches mindestens zwei Radsätze aufweist, deren Radachse in Radsatzlagem gelagert ist, welche in einem Radsatzlagergehäuse angeordnet sind, wobei zur Anpassung des Bogenfahrverhaltens in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit bzw. der Drehzahl der Räder eine Einrichtung zur Steuerung der Radsätze vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung in der Verbindung zwischen dem Radsatzlagergehäuse (7) und dem Rahmen (2, 3) des Laufwerkes vorgesehen ist und mindestens eine an sich bekannte, miteinem gummielastischen Element (14) ausgestattete Buchse (11) aufweist, deren Steifigkeitzumindest in der Fahrtrichtung in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit bzw. der Drehzahl der Räder und/oder der Beschleunigung des Fahrzeuges änderbar ist.
2. Laufwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gummielastische Element (14) der Buchse (11) mit einander diametral gegenüberliegenden Aussparungen (15,16) versehen ist, wobei ein Schieber (23) vorgesehen ist, welcher in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit bzw. der Drehzahl der Räder und/oder Beschleunigung des Fahrzeuges in die Aussparungen (15,16) ein- bzw. aus diesem ausführbar ist
3. Laufwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gummielastische Element (14) im Bereiche der Aussparungen (15,16) nach unten divergierend auslaufende Schrägflächen (17,19) und der Schieber (23) in die Aussparungen (15,16) einführbare Fortsätze (21,22) aufweist, welche den Schrägflächen (17,19) des gummielastischen Elementes (14) gegenüberliegende Schrägflächen (60) aufweisen, welche vorzugsweise parallel zu den Schrägflächen (17,19) des gummielastischen Elementes (14) verlaufen.
4. Laufwerk nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daßdiemitsteuerbaren Steifigkeitseigenschaften ausgestatteten Buchsen (11) an den äußeren Enden der Radsatzlagergehäuse (7) angeordnet sind.
5. Laufwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (23) mit einer Kolbenstange (26) eines hydraulisch oder pneumatisch betätigbaren Kolbens (27) verbunden ist.
6. Laufwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der den Schieber betätigende Kolben (27) unter dem Einfluß einer Feder (30) od. dgl. steht, welche den Kolben in jene Lage drückt, in welcher der Schieber in die Buchse (11) eingeführt ist
7. Laufwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steifigkeitseigenschaften ändernde Buchse (11) zwischen einem am Radsatzlagergehäuse (7) abgestützten Führungstopf (9) und einem Radsatzführungszapfen (6) angeordnet ist.
8. Laufwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Radsatzführungszapfen (6) zwei Buchsen (11A, 11B) koaxial angeordnet sind, von welchen die eine Buchse (11A) am Radsatzführungszapfen (6) fest und die andere (11B) drehbar sitzt und durch Anordnung zweier einander gegenüberliegender, in der Axialrichtung verlaufenden konzentrischen Aussparungen (15,16) in Abhängigkeit von der Winkellage bzw. der Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeuges ihre Steifigkeitseigenschaften ändert (Fig.7).
9. Laufwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Buchsen (11A, 11B) an beiden Radsatzführungszapfen (6) jedes Radsatzlagergehäuses (7) angeordnet sind.
10. Laufwerk nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbaren Buchsen (11B) mit einer, den Radsatzführungszapfen (6) durchsetzenden Drehwelle (26 A) gekuppelt sind, welche an ihrem oberen Ende einen Hebel (64) tragen, wobei die Hebel (64) beider einem Radsatzlagergehäuse (7) zugeordneter Dreh wellen (26A) durch einen Lenker (65) verbunden sind, welcher über ein Gestänge (66,67,68) od. dgl. an einen pneumatisch oder hydraulisch betätigten Zylinder (69) angeschlossen ist, welcher durch einen geschwindigkeitsabhängigen Regler od. dgl. gesteuert ist. Hiezu 8 Blatt Zeichnungen -5-