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Die Erfindung bezieht sich auf eine Radsatzführung, insbesondere für ein Schienenfahrzeug mit Drehgestellen, mit einer vertikal wirkenden Primärfederung zwischen Drehgestell und Radsatz- lagergehäuse sowie einer elastischen Fuhrung des Radsatzes in Längs- und Querrichtung mittels je eines sich von jedem Radsatzlagergehäuse in Längsrichtung erstreckenden Lagerarms sowie quer zwischen jedem Lenkerarm und angehörigem Drehgestellänsgträger angeordneter elastischer Elemente
Bekannt sind eine Reihe von Lösungen, Drehgestelle im Interesse einer optimalen Abstimmung zwischen ihren Laufeigenschaften sowie dem zwischen Rad und Schiene auftreten- den Verschleiss mit einer elastischen Fuhrung der Radsätze auszustatten, indem mittels elastischer Elemente eine weiche Ankopplung der Radsätze am Drehgestell sowie eine radiale Einstellbarkeit der Radsätze in Gleisbogen bewirkt wird.
Das mit diesen elastischen Elementen realisierte Vermögen zur Kraftübertragung und deren in den verschiedenen Beanspruchungsnchtungen unterschiedlichen Steifigkeiten werden durch ihre konstruktive Formgebung und Materialauswahl bestimmt.
In der AT 294907 B wird vorgeschlagen, zu beiden Seiten jedes Radsatzlagers dachförmige Gummi-Metall-Verbundelemente, deren Firstlinie waagerecht in Längsrichtung verläuft und die durch diese Form und Anordnung unterschiedliche Steifigkeiten in Längs- und Querrichtung reali- sieren, zur elastischen Verbindung zwischen Radsatzlager und Drehgestellrahmen anzuordnen.
Diese beidseitig jedes Radsatzlagers gelegene Anordnung hat eine hohe unabgefederte Masse des kompletten Radsatzes, grössere Abmessungen und Masse des Drehgestells zur Folge
In der CH-Publikation "Schweizer Eisenbahn-Revue" Nr 10/1991, S 340, wird beschrieben, Radsatze mittels beidseitig jedes Radsatzlagers angeordneter, in Längs- und Querrichtung unter- schiedliche Steifigkeiten aufweisende elastischer Gummi-Metall-Verbundelemente, die jeweils im Inneren einer die Primärfederung übernehmenden Spiralfeder untergebracht sind, im Drehgestell zu führen Diese beidseitig jedes Radsatzlagers gelegene Anordnung hat ebenfalls eine höhere unabgefederte Radsatzmasse, grössere Abmessungen und Masse des Drehgestells zur Folge.
Der für die elastischen Elemente zur Verfugung stehende Platz beschrankt ihre konstruktive Dimensionierung und ihren Verformungsspielraum, so dass unter Wirkung hoher Zug- und Bremskräfte die Längselastizität der Radsatzlagerführung und damit die radiale Steuerbarkeit der Radsätze verloren geht Aus gleichem Grund bestehen nur sehr eingeschrankte Möglichkeiten zur Nachstellung der Federeigenschaften der Verbundelemente im Betrieb zwecks Optimierung des Fahrverhaltens
Gegenstand der DE 38 41 153 A1 ist eine Radsatzlagerführung durch ein radial um jedes Radsatzlagergehäuse herum angeordnetes Gummi-Metall-Schalensegment,
das durch die zweck- mässige Anordnung von Gummi- und Metallschichten sowie unterschiedlichen Ausnehmungen innerhalb der Gummi-Lage definierte Steifigkeiten in allen Beanspruchungsrichtungen verleiht und in diesem Bauteil sowohl die geforderte Primarfederung als auch die erforderliche Längselastizität realisiert.
Damit wird für einige Anwendungsfälle bei Schienenfahrzeugen eine deutliche Verringerung der unabgefederten Radsatzmasse und eine Reduzierung der Abmessungen und der Masse des Drehgestells erreicht, auf Grund des im Radsatzlagerbereichs zur Verfügung stehenden beschränkten Platzes und der damit in den elastischen Elementen mit den verfügbaren Werkstoffen erreichbaren Verformungsgrade und Federsteifigkeiten ist eine breite Anwendung nicht möglich
Die DE 37 23 833 A1 schlägt zur Längs- und Queranlenkung radial steuerbarer Radsätze eine Lösung vor, bei der jede Achslagerstelle, auf der sich der Drehgestellrahmen über Primärfedem vertikal abstützt, uber einen biegesteifen Achslenker um eine horizontale Achse schwingbar elastisch mit dem Drehgestellrahmen verbunden ist,
beidseits des Achslenkers und koaxial auf der genannten horizontalen Achse angeordnete ringförmige elastische Scheiben angebracht sind, die mittels axial konzentrisch ineinandergleitender Lagertelter, einer Dehnschraube und selbstzentne- render Distanzringe in Drehgestellquerrichtung auf Druck vorgespannt sind, wobei die beiden äusseren axialen Enden der Lagertelleranordnung mittels Schellen von unten am Drehgestell- rahmen kraftschlüssig angeklemmt sind
Mit dieser Lösung können sich Radsätze im Drehgestell radial einstellen,
wobei die Fuhrung bei Längs- und bei Querauslenkung des Radsatzes mit unterschiedlichen und begrenzt einstell- baren Steifigkeiten erfolgt Der um die quer liegende horizontale Achse schwingbar mit dem Dreh-
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gestellrahmen verbundene Achslenker kann jedoch in der dargestellten Anordnung keine aus einer Vertikalauslenkung des Radsatzes resultierenden Kräfte ubertragen, so dass die auf den Achslager- stellen angeordneten Primärfedem und die darauf abgestützten Drehgestellängsträger für die volle vertikale Belastung ausgelegt sein müssen, was einer wünschenswerten Reduzierung der Drehgestellmasse entgegenwirkt Bei der im Schienenfahrzeugbau üblichen nachgiebigen Rad- satzlagerung (z.
B. mittels Pendelrollenlagern) hat eine Querauslenkung des Radsatzes aber zur Folge, dass der zwar biegesteife, aber zur Radsatzachse nicht winkelsteife Achslenker in der horizontalen Ebene schwenkt und das elastische Element aus ringförmigen elastischen Scheiben in sich um eine senkrechte Achse zu verdrehen sucht Sind die elastischen Scheiben quer nicht vorgespannt, entstehen (auf ihre Ringfläche bezogen) ortlich stark unterschiedliche Druck- oder Zug-Belastungen, wobei Zugspannungen die elastischen Scheiben zu zerstören drohen ; quer aufgebrachte Vorspannung der Scheiben schränkt die Federwirkung ein, kann Uberlastung durch örtliche Druckspannungsspitzen zur Folge haben oder erzwingt Überdimensionierung der Bauteile mit unbefriedigender Bauteilausnutzung und schafft Platzprobleme.
Die dargestellte Lösung erlaubt die begrenzte Variierung der Steifigkeit der elastischen Scheiben, sieht aber keine Möglichkeit vor, die axiale Position des Radsatzes innerhalb des Drehgestells ein- oder nachzustellen, so dass für die Einhaltung der Masstoleranzen der Radsätze im Drehgestell ein höherer technologischer Fertigungsaufwand erbracht werden muss.
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Führung eines Radsatzes in einem Drehgestell zu entwickeln, die die beschriebenen Nachteile der genannten und anderer Lösungen vermeidet
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass jedes Radsatzlagergehäuse winkelsteif mit der Achse des Radsatzes verbunden ist, die elastischen Elemente als die horizontale Führung des Radsatzes in Längs- und in Querrichtung allein übernehmende und die Primärfederung zumindest unterstützende elastische Führungslager mit von ihrer konstruktiven Ausführung jeweils definierten,
in den genannten Belastungseinrichtungen unterschiedlichen Federsteifigkeiten ausgebildet sind und die Führungslager in den zugehörigen Drehgestellängs- trägem mit Hilfe von Spannmitteln verdrehfest eingespannt sind und radial und/oder axial auf die elastischen Elemente wirkende und ihre Steifigkeit in einer oder mehreren Beanspruchungs- richtungen und/oder ihre Position in bezug auf das Drehgestell verändernde Einstellmittel enthalten dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich ein Lenkerarm 6 des Radsatzlagergehäuses 5 in Längsrichtung und annähernd waagerecht unterhalb eines Drehgestellängsträgers 2 in Richtung auf eine unterhalb des Drehgestellängsträgers 2 mit ihm starr verbundene Konsole 3. Wie in Fig. 2 dargestellt, umfasst die Konsole 3 von zwei Seiten den Lenkerarm 6 des Radsatzlagergehäuses 5.
Zwischen Konsole 3 und Lenkerarm 6 sind mittels Spannbolzen 12A, Spannhülse 13, geschlitzten Spanndeckeln 14A, 14B und Spannmutter 15A zwei gleichartige hülsenförmige Gummi-Metall- Verbundelemente 8A angeordnet. Die diese Verbundelemente 8A tragenden Bauteile des elastischen Fuhrungslagers 7 sind dabei fest mit der Konsole 3 verspannt, so dass eine Relativ- bewegung zwischen ihnen unmöglich und Verschleiss verhindert ist.
In Fig 3 sind im Querschnitt der Verbundelemente 8A die Ausnehmungen der Gummischicht 9 erkennbar, die fur eine hohe Nachgiebigkeit des elastischen Führungslagers 7 in Langsrichtung verantwortlich sind. Auf den Radsatz 4 wirkende Querkräfte werden von den winkelsteif mit der Radsatzachse verbundenen Radsatzlagergehäusen 5 über die seitlichen Bunde der Verbund- elemente 8A elastisch auf die Konsole 3 des Drehgestellängsträgers 2 übertragen Vertikalkräfte für die Primärfederung werden über die in Vertikalrichtung stärker ausgelegte Gummischicht 9 der Verbundelemente 8A, über die um die querliegende Verbindungsachse zwischen Lenkerarm 6 des Radsatzlagergehäuses 5 und Konsole 3 erfolgende axiale Verdrehung des Verbundelements 8A und eine als Gummi-Metall-Schichtenfeder ausgeführte, ausschliesslich Vertikalkräfte auf- nehmende,
allen Längs- oder Querkräften gegenüber nachgebende Zusatzfeder 19 übertragen.
Durch Distanzringe 16A, 16B ist die Federsteifigkeit insbesondere in Längs- und Querrichtung wie auch die Position des Radsatzes 4 innerhalb des Drehgestells 1 in bestimmten Grenzen veränderbar Zusätzlich ist durch eine axiale Vorverdrehung der Verbundelemente 8A der Anteil, den das elastische Führungslager 7 an der Primärfederung übernimmt, variierbar
Zum Schutz der Gummi-Metall-Verbundelemente 8A und zur Begrenzung der Längsaus- lenkung des Radsatzlagergehäuses 5 bei aussergewohnlicher Belastung dient ein Stützring 18,
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über den sich das Radsatzlagergehäuse 5 nach Erschöpfung des maximalen Federweges s auf der mit der Konsole 3 des Drehgestellängsträgers 2 starr verbundenen Spannhülse 13 abstützt Dieser Stützring 18 kann sowohl starr als auch elastisch ausgebildet sein
Entsprechend der Verdrehsteifigkeit des Fuhrungslagers 7 und damit in Abhängigkeit von seinem Anteil an der Primärfederung können der Drehgestellängsträger 2 im Bereich oberhalb der Konsole 3 wie auch die Zusatzfeder 19 konstruktiv schwächer ausgelegt und damit die Drehgestell- masse reduziert werden.
Nach einer anderen Ausbildungsform der Erfindung stellt Fig 4 den Querschnitt durch ein elastisches Führungslager 7 mit einem aus Gummi- und Metallscheiben zusammenvulkanisierten Verbundelement 8B dar Um eine Uberlastung des Verbundelementes 8B durch aussergewöhnliche Vertikal- und/oder Längskräfte zu verhindern und die Längsauslenkung des Radsatzlagergehäuses 5 zu begrenzen, wurde hier ein Ring 11des Verbundelementes 8B als Anschlag ausgebildet, der sich nach Erschöpfung des maximalen Federweges s auf der mit der Konsole 3 des Drehgestel- längsträgers 2 starr verbundenen Spannhülse 13A abstützt.
Fig. 5 zeigt eine anders dimensionierte Ausführungsform des gleichen Prinzips eines elastischen Führungslagers 7 mit einem veränderten Verbundelement 8C
In einem anderen Ausführungsbeispiel zeigt Fig 6 ein elastisches Führungslager 7, in dem sich der Lenkerarm 6 des Radsatzlagergehauses 5 nur einseitig über ein Gummi-Metall-Verbund- element 8D gegenüber der Konsole 3 des Drehgestellängstragers 2 abstützt Durch die winkelsteife Verbindung beider Radsatzlagergehäuse 5 eines Radsatzes 4 und eine axiale Vorspannung der auf beiden Enden des Radsatzes 4 angeordneten Verbundelemente 8D wird jedoch eine analoge Wirkung zu den vorigen Beispielen erzielt
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung stellt Fig.
7 dar Die spiegelbildliche Anordnung von zwei aus tellerförmigen Gummi- und Metallscheiben zusammenvulkanisierten Verbundelementen 8E ergab besonders günstige Verhältnisse hinsichtlich Belastbarkeit und unterschiedlicher Steifigkeit gegenüber Quer-, Längs- und Vertikalkräften sowie gegenüber Ausdrehmomenten um die querliegende Achse des Verbundelementes 8E. In der dargestellten Ausführungsform wurde eine konstruktive Lösung verwirklicht, die im Zusammenwirken von Spannbolzen 12B, Spannmuttem 15B, Spanndeckeln 14D, 14E, Distanznngen 16C und Stellmutter 17 eine einfache, leicht zugängliche Einstellung der Federsteifigkeit des Verbundelements 8E einerseits als auch der Position des Radsatzes 4 im Drehgestell 1 andererseits gestattet.
Bei einer ausreichenden Dimensionierung der Bauteile des elastischen Führungslagers 7 insbesondere hinsichtlich der Belastbarkeit gegenüber Vertikalkraften und Ausdrehmomenten um die querliegende Achse der Verbundelemente 8, für das die erfinderische Problemlösung - wie in den Zeichnungen der unterschiedlichen Ausführungsformen unschwer erkennbar ist - die räumlichen Möglichkeiten geschaffen hat, gestattet das gefundene Lösungsprinzip des elastischen Führungslagers 7, die gesamte Primärfederung des Drehgestells 1 zu übernehmen und auf die Zusatzfeder 19 zu verzichten Damit kann der Drehgestellängsträger 2 drastisch verkürzt und die Masse des Drehgestells 1 bedeutend reduziert werden.
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