AT514023A1

AT514023A1 - Fahrwerk für Schienenfahrzeuge

Info

Publication number: AT514023A1
Application number: ATA50152/2013A
Authority: AT
Inventors: Andreas Dipl Ing Dr Haigermoser; Olaf Dr Koerner; David Kreuzweger; Christian Dipl Ing Kueter; Hugo Dipl Ing Rackl; Andreas Dipl Ing Schaefer-Enkeler; Peter Seitz; Martin Teichmann
Original assignee: Siemens Ag Oesterreich
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2014-09-15
Also published as: CN105008204A; AU2014224879B2; ES2623392T3; RU2659774C2; EP2964506A1; US9994240B2; AT514023B1; CN105008204B; US20160001793A1; EP2964506B1; RU2015137721A; WO2014135416A1; AU2014224879A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrwerk für einSchienenfahrzeug, insbesondere mit innengelagertenRadsätzen. Innerhalb des Fahrwerksrahmens 1 ist dieAntriebseinheit 2 durch Federvorrichtungen 14 quer zurFahrtrichtung elastisch gelagert. Durch Abstützung derFedervorrichtungen 14 direkt am Gehäuse 19 des Radsatzlagers13 wird das Schwingverhalten optimiert und das Raumangebotfür die Antriebseinheit 2 vergrößert.

Description

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Beschreibung / Description

FAHRWERK FÜR SCHIENENFAHRZEUGE

Die Erfindung betrifft ein Fahrwerk für Schienenfahrzeuge, insbesondere mit innengelagerten Radsätzen, bei welchen in einem Fahrwerksrahmen zwei Radsätze mit einer aus Fahrmotor, Getriebe bzw. Kupplung bestehenden Antriebseinheit gelagert sind, wobei zumindestens Teile der Antriebseinheit über Federvorrichtungen quer zur Fahrrichtung elastisch beweglich gelagert sind.

Bei Schienenfahrzeugen führt ein Fahrwerk im Bezug zum Fahrzeug seitliche Translationsbewegungen und Drehbewegungen aus. Die dynamischen Reaktionen der Fahrwerke zufolge einer Störung des Gleises wird zufolge der Konischen Laufflächen der Räder mit zunehmender Geschwindigkeit heftiger. Diese dynamische Reaktion, in Form einer Schlingerbewegung begründet eine kritische Geschwindigkeit, über welcher ein Fahrzeug nicht mehr betrieben werden darf. Auf diese kritische Geschwindigkeit haben viele Fahrwerksparameter Einfluss, neben Konizität der Laufflächen der Räder, Steifigkeit der Radsätzführung, Raddurchmesser, ..., auch die an den Radsatz gekoppelten Massen. Dabei ist sowohl die Masse als auch die Steifigkeit und Dämpfung wichtig.

Aus der EP 0444016 Bl ist ein Fahrwerk der eingangs angeführten Art bekannt, bei dem der Antriebsmotor an seinem einen in der Fahrtrichtung gelegenen Ende am Fahrwerksrahmen schwenkbar gelagert ist, wobei am gegenüberliegenden Ende der Motor mit dem Fahrwerkrahmen über lotrecht verlaufende Blattfedern verbunden ist. Die Blattfedern sind mit ihren 2/23 2 201128863

Enden zwischen dem Motor und dem Fahrwerkrahmen eingespannt. Dadurch ist der Antriebsmotor elastisch aufgehängt und kann elastisch quer zur Fahrtrichtung schwingen.

Aus der EP 0979190 Bl ist gleichfalls ein Fahrwerk für elektrische Lokomotiven bekannt, bei dem der Antriebsmotor quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges translatorisch beweglich ist, um die Rolle eines Trägheitsdämpfers zu spielen. Dabei ist der Antriebsmotor auf der Seite der Achse mit Hilfe eines Lenkers und auf der Seite des Motors durch zwei Lenker am Fahrwerksrahmen aufgehängt.

Bei diesen bekannten Fahrwerken sind die Federvorrichtungen stets direkt am Fahrwerksrahmen abgestützt. Dies hat den Nachteil, dass die Federwege relativ groß sind, typischerweise liegen sie zwischen Fahrwerksrahmen und Radsatz im Bereich der Antriebe bei 25 bis 50mm vertikale Einfedefuhg und bei 15 bis 35mm aus f'edern . In Quorr i cht.ung benötigt man zu den Antriebsbewegungen noch zusätzlich etwa +/- lQmm. Diese Federwege sind nicht durch die Auslegung der Antriebe sondern durch die Fahrwerkskonstruktion gegeben, und können daher auch nicht auf die Antriebe optimiert werden, so dass auf Grund, der relativ großen Schwingamplituden das Raumangebot innerhalb des Fahrwerksrahmens für die Antriebseinheit vermindert wird und Antriebsmotore mit höherer Leistung nur schwer unterzubringen sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile bekannter Fahrwerke zu beseitigen. Dies wird erfindungsgemäß durch die Maßnahme nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 erreicht.

Dadurch werden die Federwege stark verkürzt. Der Federweg der Antriebsau fhänqunq kann in der erfindungsgemäßen Anordnung auf die Erfordernisse des Antriebes ausgelegt werden und kann 3/23 3 201128863 typisch vertikal auf +/- 10mm verkürzt werden. In Querrichtung muß nur mehr der vom Antrieb benötigte Federweg in der Antriebskupplung und nicht auch der zusätzliche

Federweg des Fahrwerksrahmen aufgenommen werden. Das Raumangebot innerhalb des Fahrwerksrahmens wird vergrößert, so dass nicht nur die kritische Geschwindigkeit erhöht sondern auch Antriebseinheiten höherer Leistung innerhalb des Fahrwerksrahmens untergebracht werden können.

Durch die Maßnahmen der Patentansprüche 2: und 3 kann eine maximale Tilgerwirkung mit einer optimalen Abstimmung in Bezug auf Quersteifigkeit und Querdämpfung insbesondere in einem Frequenzbereich von etwa 1 bis 10 Hz erreicht werden.

Ein besonders einfacher und vorteilhafter Aufbau der FedervorrichLung ergibt sich gemäß den Maßnahmen nach den Ansprüchen 4 bis 6, wobei die Bewegung der Antriebseinheit elastisch sowohl in vertikaler Richtung als auch quer zur

Fahrtrichtung begrenzt wird.

Durch die Maßnahmen nach den Patentansprüchen 7 und 8 wird eine konstruktiv besonders einfache Bauart einer erfindungsgemäßen Federvorrichtung erhalten.

In manchen Anwendung?fällen ist es gemäß Patentanspruch 9 vorteilhaft die Antriebseinheit zusätzlich über eine Motorstützlager als Drehmomentenstütze am Fahrwerksrahmen zu befestigen.

Durch die unterschiedliche Anordnung der flanschartigen Laschen gemäß den Ansprüchen 10 bis 12 können Antriebseinheiten unterschiedlicher Leistung und Bauart optimal innerhalb des Fahrwerksrahmens angeordnet werden. 4/23 4 201128863

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

In der nachfolgenden Beschreibung wird die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die

Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Schrägriss eines Seitenteils eines erfindungsgemäßen Fahrwerks mit innengelagerten Radsätzen,

Fig. 2a bis 2d eine Draufsicht auf ein Fahrwerks mit vier

Ausführungsbeispielen bezüglich der Anordnung der erfindungsgemäßen federnden Abstützung der Antriebseinheit,

Fig. 3 eine Schnittansicht durch eine Ausführungsform eine erfindungsgemäßen Federvorrichtung,

Fig. 4 bis 6 Ansichten einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit unterschiedlichen Anordnungen der Federvorrichtung am Gehäuse des Radsatzlägers,

Fig. 7 eine Teilansicht im Schnitt auf ein

Radsatzlager mit einer weiteren Ausführungsform einer Federvorrichtung gemäß der Erfindung, und

Fig. 8 eine Vorderansicht längs der Linien Ä-A in

Fig. 7.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG 5/23 5 201128863

In den Fig. 1 und 2a ist ein Seitenteil eines erfindungsgemäßen Fahrwerks im Schrägriss bzw. in Draufsicht dargestellt. Mit 1 ist der Fahrwerksrahmen bezeichnet. Die Radsatzwelle 6 mit den beiden Rädern 7 ist in Radsatzlagern 5 13 gelagert. Die auf einem Träger 15 ruhenden Radsatzlager 13 sind über Federn 8 und den Stoßdämpfern 9 mit dem

Fahrwerksrahmen 1 verbunden. Innerhalb des Fahrwerksrahmens 1 ist die Antriebseinheit 2, bestehend aus Elektromotor 3, Getriebe 4 und Kupplung 5 ungeordnet. Die Antriebseinheit 2 10 ist an drei Punkten aufgehängt und besitzt zu diesem Zweck drei flanschartige Laschen 16, 17, 18, welche fest mit der

Antriebseinheit 2 verbunden sind. Die Lasche 18 ist über ein als Drehmomentenstütze dienendes Lager 12 mit dem Fahrwerksrahmenteil 11 verbunden. Das Lager 12 ermöglicht 15 eine Beweglichkeit der Antriebseinheit 2 um eine horizontale Achse und gestattet auch eine Seitendrehbewegung der Antriebseinheit 2. Die beiden anderen Laschen 16, 17 sind mit erfindungsgemäßen am Radsatzlager 13 befestigten Federvorrichtungen 14 verbunden. Die Federvorrichtungen 14, 20 welche später unter Bezugnahme auf Fig. 3 und 7 näher beschrieben werden, ermöglichen eine Bewegung der Antriebseinheit 2 seitlich quer zur Fahrtrichtung und in vertikaler Richtung. Zwischen der Antriebseinheit 2 und dem Fahrwerksrahmen 1 ist noch ein Dämpferelement 10 angeordnet, 25 welches seitliche Bewegungen dampft.

Das Dämpferelement 10 dient in optimaler Abstimmung mit der Federungsvorrichtung und der Antriebsmasse als Tilger für die dynamische Reaktion der Fahrwerke in Querrichtung. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das 30 Dämpferelement 10 zwischen dem Gehäuse 19 des Radsatzlagers 13 und der Antriebseinheit 2 eingespannt. 6/23 6 201128863

Aus der Fig.l und 2a ist ersichtlich, dass der Raum innerhalb des Fahrwerksrahmens 1 im Gegensatz zum Stand der Technik zur Gänze für die Antriebseinheit 2 zur Verfügung steht, so dass Elektromotore mit hoher Leistung untergebracht werden können. 5 Weiters ist aus der Ausführungsform nach Fig. 2a ersichtlich, dass die Seitenbeweglichkeit der Antriebseinheit 2 auf Grund der kurzen Federwege der auf den Radsatzlagern 13 ruhenden Federvorrichtungen 14 mit Festanschlägen eingeschränkt ist.

In den Fig. 2b bis 2d sind weitere Ausführungsformen gezeigt, 10 bei denen die Laschen 16, 17 mit den dazugehörigen

Federvorrichtungen 14 an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind.

Bei den Fig. 2b bis 2d werden für gleiche Fahrwerksteile die gleichen BezugsZeichen wie in den Fig. 1 und 2a verwendet. 15 Bei der Ausführungsform nach Fig. 2b sind die Laschen 16, 17 und die dazugehörigen Federvorrichtungen 14 zu beiden Seiten der Radsatzwelle 6 schräg gegenüberliegend angeordnet.

Bei der Fig. 2c sind die Laschen 16, 17 und die Federvorrichtungen 14 auf der Höhe der Radsatzwelle 6 20 einander gegenüberliegend angeordnet, wobei die Lasche 17 in einem schrägen Winkel zur Radsatzwelle 6 verläuft.

Bei der Ausführungsform nach Fig.2d sind die Laschen 16, 17 und die dazugehörigen Federvorrichtungen 14 auf der linken Seite der Radsatzwelle 6 und einander gegenüberliegend 25 angeordnet.

Durch die unterschiedliche Positionierung der Laschen 16, 17 und der dazugehörigen Federvorrichtungen 14 gemäß den Ausführungsformen nach den Fig. 2a bis 2d können unterschiedlich aufgebaute Antriebseinheiten 2 innerhalb des 7/23 7 201128863

Rahmens 1 angeordnet werden, wobei auch deren Schwingverhalten individuell angepasst werden kann.

Die Federvorrichtung 14 nach Fig.3 ist fest mit dem Radsatzlagergehäuse 19 verschraubt. Die mit einer Bohrung 34 versehene flanschartige Lasche ist mit 16 bezeichnet. Die Lasche 16 ist zwischen zwei flachen elastischen Körper, vorzugsweise ringförmige Körpern 26,27 eingespannt. Das Radsatzlagergehäuse 19 besitzt einen Abschnitt 20 mit einer Auflagefläche 21. Im Abschnitt 20 ist eine Bohrung 22 vorgesehen, welche sich in einer Gewindebohrung 23 fortsetzt. Eine Stahlhülse 24 mit einem am oberen Ende angeordneten Ring 28 wird durch eine gelochte Anpressplatte 25, den oberen elastischen Ringkörper 26, die Bohrung der Lasche 16 und durch den unteren elastischen Körper 27 in die Bohrung 22 eingesetzt. Eine Schraube 27 mit einem im unteren Bereich vorgesehenen Außengewinde 28 ist durch die Stahlhülse 24 bis zur Gewindebohrung 23 geführt. Durch Anziehen der Schraube 27 werden die Körper 26, 27 mit einer Vorspannung beaufschlagt. Die Lasche 16 ist weiters an der oberen und unteren Seite mit einer ringförmigen an den Ringkörpern 26, 27 anliegenden Abstufung 29, 30 versehen, so dass die elastischen Körper 26, 27 auch Kräfte in horizontaler, d.h. quer zur Fahrtrichtung aufnehmen können. Weiters ist am Lagergehäuse 13 eine Stufe mit Änschlagflachen 32, 33 vorgesehen. Die von der Antriebseinheit 2 über die Lasche 16 ausgeübten Kräfte werden in vertikaler Richtung durch die Anschlagfläche 33 und in Querrichtung durch die Anschlagfläche 32 begrenzt.

Durch Auswahl des Materials der elastischen Körper 26,27 und durch Einstellung der durch die Schraube 27 aufgebrachte Vorspannung kann das Schwingverhalten, der Antriebseinheit 2 in einem großen Bereich gesteuert werden. Aus der Ausführungsform nach Fig.3 ist auch ersichtlich, dass die 8/23 201128863

Federwege relativ kurz und durch Anschlagflächen 32, 33 begrenzt sind.

In den Fig. 4, 5 und 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fahrwerks dargestellt. Für gleiche Fahrwerksteile werden die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 2a verwendet. Bei dieser Ausführungsform wird auf eine am Fahrgestellteil 11 befestigte und als Drehmomentenstütze dienende Lache 18 (Fig.2a) verzichtet. Stattdessen sind vier seitlich zu beiden Seiten der Radsatzwelle 6 angeordnete mit der Antriebseinheit 2 verbundene Laschen (16,17,16a,17a)vorgesehen, welche elastisch mit vier am Radsatzlagergehäuse 19 angeordnete Federvorrichtungen 14 verbunden sind. Die Anordnung und die Befestigung der Federvorrichtungen 14 zu beiden Seiten der Radsatzwelle 6 am Lagergehäuse 19 ist aus Fig. 6 ersichtlich. Obwohl eine Dreipunktlagerung der Antriebseinheit 2 auch ohne am Fahrgestellteil 11 angeordnete Drehmomentenstütze ausreicht, hat sich die Vierpunktlagerung der Antriebseinheit 2 gemäß der Ausführungsform nach den Fig. 4 bis 6 a1s besonders vorteilhaft erwiesen.

In den Fig. 7 und 8 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Federvorrichtung dargestellt, wobei für gleiche Fahrwerksteile die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 2a verwendet werden.

Das Gehäuse 19 des Radsatzlagers 13 besitzt eine: horizontale Bohrung 35, in welcher eine Buchse 36 eingesetzt ist. Die an der Antriebseinheit 2 befestigten Laschen sind als ein in eine Hülse 37 eingeführter Bolzen 16b ausgeführt. Die Hülse 37 ist zwischen einer Stufe 38 des Bolzens 16 b und einer Abdeckscheibe 39 durch Anziehen der Schraube 40 eingespannt. Zwischen der Hülse 37 und der Buchse 36 ist ein elastischer Körper 26a unter Vorspannung eingesetzt. 9/23

Claims

9 201128863 Patentansprüche / Patent Claims 1. Fahrwerk für Schienenfahrzeuge, insbesondere mit 5 innengelagerten Radsätzen, bei welchem in einem Fahrwerkrahmen (1) die Radsätze mit einer Antriebseinheit (2) gelagert sind, wobei zumindestens Teile der Antriebseinheit (2)über Federvorrichtungen (14,14a) quer zur Fahrtrichtung elastisch beweglich 10 gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Federvorrichtung (14, 14a) am Gehäuse (19) zumindestens eines der Radsatzlager (13) befestigt ist.
2. Fahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dämpferelement (10) zwischen dem Gehäuse (19) des 15 Radsätzlagers (13) und der Antriebseinheit (2) befestigt ist.
3. Fahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dämpferelement(10) zwischen dem Fahrwerkrahmen (1) und der Antriebseinheit (2) befestigt ist.
4. Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federvorrichtung (14,14a) zusätzlich zu querelastischen Seitenbewegungen auch vertikal abgefederte Bewegungen zulässt.
5. Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch 25 gekennzeichnet, dass die Federvorrichtung (14) eine vertikal am Gehäuse (19) des Radlagers (13) befestigte Stütze (24) aufweist, an welcher elastische Körper (26,27) angeordnet sind, gegen die sich die mit der 10/23 10 201128863 Antriebseinheit (2) verbundenen flanschartige Laschen (16,17) seitlich abstützen.
6. Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stütze aus einer an einer Auflagefläche (20) des Gehäuses (19)des Radsatzlagers (13) befestigten Stahlhülse (24) besteht und die Laschen (16,17) eine zur Aufnahme der Stahlhülse (24) dienende Bohrung (34) und im Bereich der Bohrung (34) an der Unter- und Oberseite Anschlagflächen (29,30) aufweisen, wobei die Laschen (16,17) im Bereich der Bohrung (34)zwischen zwei ringförmigen aus elastischen Material bestehenden Körpern (26,27) eingespannt sind und diese elastischen Körper (26,27) seitlich an den Anschlagflächen (29,30) anliegen, so dass die Antriebseinheit (2) über die Laschen (16,17) elastische seitliche Quer- und Vertikalbewegungen durchführen kann (Fig. 3) .
7. Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federvorrichtung (14a) aus einer in einer im wesentlichen horizontal angeordneten Bohrung (35) des Gehäuses (19) des Radsatzlagers (13) befestigten Buchse (36) besteht, in welcher die von der Antriebseinheit (2) abstehenden als Bolzen (16b) ausgeführten Laschen zwischen elastischen Körpern (26a)angeordnet sind (Fig. 7).
8. Fahrwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die als Bolzen (16b) ausgeführten Laschen der Antriebseinheit (2) zu beiden Seiten der Radsatzwelle (6) und vertikal im Abstand angeordnet sind.
9. Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (2)über ein 11/23 11 201128863 Motorstützlager (12)als DrehmomentensLüLzo am Fahrwerksrahmen (1) befestigt ist.
10. Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Laschen (16,17)der 5 Antriebseinheit (2) einander gegenüberliegend parallel auf der Höhe der Radwelle (6) oder seitlich versetzt zu beiden Seiten der Radsatzwelle (6)angeordnet sind (Fig. 2a, Fig. 2b).
11. Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch 10 gekennzeichnet, dass zumindestens eine Lasche (17) der Antriebseinheit (2) in einem Winkel zur Radsatzwelle (6) verläuft (Fig. 2c, Fig. 2d).
12. Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass: zu beiden Seiten der Radsatzwelle 15 (6)seitlich an der Antriebseinheit (2) je zwei Laschen (16,16a,17,17b) befestigt sind, welche über die Federvorrichtüng (14) mit dem Gehäuse (19) des Radsatzlagers (13) verbunden sind (Fig. 4 bis Fig. 6). 12/23