CH661014A5

CH661014A5 - Laufwerk fuer schienenfahrzeuge.

Info

Publication number: CH661014A5
Application number: CH3450/83A
Authority: CH
Inventors: Andreas Mielcarek; Karl-Heinz Buchholz
Original assignee: Maschf Augsburg Nuernberg Ag
Priority date: 1982-06-26
Filing date: 1983-06-24
Publication date: 1987-06-30
Also published as: JPH0541464B2; FR2529153A1; SE8302848L; SE8302848D0; DE3223989C2; SE502361C2; FR2529153B1; JPS5911960A; IT1163433B; DE3223989A1; IT8321413A0; US4676173A; GB2125749A; GB8317362D0; GB2125749B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Laufwerk für Schienenfahrzeuge mit mindestens zwei Radsätzen, deren Radsatzlager über eine mit diesen steif verbundene Koppelungseinrichtung untereinander verbunden sind, wobei die Koppelungseinrichtung in bestimmten Bereichen eine Flexibilität aufweist und die Radsatzlager über eine Primärfederung geringer Steifigkeit in Längs- und/oder in Querrichtung gegen einen lasttragenden Drehgestellrahmen abgefedert sind.

Es ist bekannt, bei Laufdrehgestellen zur Verbesserung des Laufverhaltens eine Koppelung der Radsätze untereinander herbeizuführen. Zu diesem Zweck wird zusätzlich zum lasttragenden Rahmen eine Koppelungsemrichtung vorgesehen, welche aus zwei V-förmigen Teilen besteht, welche starr mit den Radsatzlagern verbunden sind und die in der Drehgestellmitte durch eine flexible Einheit untereinander verbunden sind. Damit ist eine klare Trennung zwischen den lasttragenden Teilen und den Elementen der Radsatzführung geschaffen. Die Primärfederung kann dabei nach Gesichtspunkten der Laufgüte ausgelegt werden, da die Führung der Radsätze durch die zusätzliche Vorrichtung zur Verbindung der Radsätze untereinander übernommen wird. Die Primärfederung kann somit relativ weich gemacht werden, ohne als Folge zu grosser Weichheit unkontrollierbare Laufzustände zu erhalten. Nachteilig ist die unzureichende Verbindung der Vorrichtung in Drehgestellmitte, welche keine vorbestimmte Koppelung der Radsätze zulässt (DE-OS 2920114).

Demgegenüber liegt der- Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Laufwerk so fortzubilden, dass stabiler Lauf bis zu höchster Geschwindigkeit möglich ist, ohne dass als Folge der weichen Koppelung zwischen dem lasttragenden Rahmen und den Radsatzlagern Entgleisungsgefahr durch unkontrollierbare Bewegung genannter Teile zueinander besteht.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass die Koppelungseinrichtung als ein in sich zusammenhängender Koppelrahmen ausgebildet ist und dass dieser Koppelrahmen durch seine Formgebung und/oder seine Materialeigenschaften innere Federungs- und/oder Dämpfungseigenschaften beinhaltet, so dass für Federung und Dämpfung keine zusätzlichen Elemente erforderlich sind.

Durch die als zusammenhängender Koppelrahmen ausgeführte Koppelungseinrichtung ist es möglich, in einer Einheit Federungsund/oder Dämpfungseigenschaften zu vereinigen und den Anforderungen entsprechend frei zu gestalten, und zwar unabhängig vom lastaufnehmenden Bauteil, welches in seiner Dimensionierung den Anforderungen an Festigkeit unterliegt und somit in seinen Eigenschaften nicht beliebig variabel ist. Durch die erfindungsgemässe Koppelungseinrichtung wird aber zugleich eine weiche Primärfederung in Längs- und/oder Querrichtung ermöglicht, ohne dass die Entgleisungssicherheit leidet, da trotz der weichen Federkennungen der Primärfedern die Radsätze untereinander durch die Koppelungseinrichtung zuverlässig geführt sind.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist darin zu sehen, dass der Koppelrahmen als Hohlkastenprofil ausgebildet ist, dass dabei symmetrisch zur Längsmittelebene des Drehgestelles zwei Langträger vorgesehen sind, welche im Bereich zwischen Drehgetell-mitte und den Radsätzen durch zwei Querstreben verbunden sind, und dass die Langträger kreisförmig gekrümmt und an ihren Enden mit den Radsätzen gekoppelt sind.

Durch die spezielle Formgebung und Wahl des Werkstolfes ist es möglich, der Koppelungseinrichtung gewünschte Federungs- und Dämpfungseigenschaften zu verleihen, bei gleichzeitiger Verschleiss-freiheit.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen können den abhängigen Patentansprüchen 3 bis 6 entnommen werden.

Ein Ausführungsbeispiel eines Drehgestelles mit Koppelrahmen kann den Zeichnungen entnommen werden. Es zeigen:

Fig. 1 Seitenansicht eines Laufdrehgestelles mit Koppelrahmen zur gegenseitigen Koppelung der Radsätze,

Fig. 2 Draufsicht auf das Laufdrehgestell mit elastischem Koppelrahmen,

Fig. 3 Schnitt III-III in Fig. 2 durch die Mittelquerebene des Laufdrehgestelles,

Fig. 4 Detail Z mit Wirbelstrombremse.

Ein Laufdrehgestell für ein Hochgeschwindigkeits-Schienenfahr-zeug ist in Fig. 1 in Seitenansicht dargestellt. Das Laufdrehgestell ist mittels einer Luftfeder 1 als Sekundärfeder gegen einen nicht näher dargestellten Wagenkasten 2 abgefedert. Die Luftfeder 1 stützt sich auf einen schwanenhalsartig geformten Drehgestellangträger 3 und dieser ist über eine Primärfeder 4 auf Radsatzlager 5 aufgelagert. Die Radsatzlager ihrerseits werden über je einen Federblattlenker 6 elastisch mit dem Drehgestellangträger 3 verbunden, wobei die Verbindung der Radsatzlager 5 mit dem Federblattlenker 6 über Gummielemente 7 elastisch erfolgt, während die Anlenkung am Drehgestellangträger 3 starr über eine Sägezahnverbindung 8 erfolgt. Während die Federkonstanten in Längs- und/oder in Querrichtung der Anlenkung der Radsatzlager 5 auf konventionelle Weise allein durch die besondere Ausbildung der Federblattlenker 6 und der Verbindungselemente an seinen Enden erfolgt, wird erfindungsgemäss eine zusätzliche Verbindung der Radsätze untereinander bewirkt, indem die Radsatzlager 5 über einen Koppelrahmen 9 besonderer Formgebung und Dimensionierung gekoppelt werden, so dass die Stabilitätsgrenze bzw. Grenzgeschwindigkeit in einer Weise beein-flusst wird, welche durch konventionelle Anlenkung der Radsätze nicht möglich ist.

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Nach einer zeichnerisch nicht dargestellten Version ist es möglich, den Koppelrahmen 9 an zusätzliche, die Radsatzwelle umfassende Lagergehäuse zu koppeln, falls aus konstruktiven Gründen der Anschluss des Koppelrahmens 9 an die Radsatzlager nicht möglich ist.

Der Koppelrahmen 9 ist als Hohlkastenprofil ausgebildet und wird durch Schrauben 10 unmittelbar mit den Radsatzlagern 5 verbunden. Durch seine Formgebung und durch die Dimensionierung des Hohlkastenprofils ist leicht einzusehen, dass damit die Federkonstanten der Koppelung in weiten Bereichen variabel sind und den miteinander gekoppelten Massen angepasst werden können. Da keine beweglichen Teile vorhanden sind, ist die Koppelung zudem vollkommen verschleiss- und wartungsfrei. Die Verbindung von einem Drehgestellrahmen 11 mit dem Wagenkasten 2 erfolgt in an sich bekannter Weise durch einen Lenker, welcher als Kurzlenker 12 ausgebildet ist und welcher über Gummigelenke 13a und 13b sowohl mit einem Querträger 14 über eine zweite Konsole 15 als auch an seinem anderen Ende über eine erste Konsole 16 mit einem Zapfen 17 des Wagenkastens 2 verbunden ist.

Die Primärfederung, bestehend aus der eingangs genannten Primärfeder 4 und dem dazu kinematisch gesehen in Reihe geschalteten Gummielement 7, kann sowohl in Längs- als auch in Querrichtung mit einer Federsteifigkeit cp < 2,0 • 10® N/m ausgeführt werden, da die entgleisungssichere Führung der Radsätze untereinander durch den Koppelrahmen 9 gewährleistet wird.

In Fig. 2 ist das Laufdrehgestell mit dem Koppelrahmen 9 in der Draufischt dargestellt. Der Koppelrahmen 9 verbindet unmitelbar die Radsatzlager 5 untereinander. Der Koppelrahmen 9 gliedert sich in je zwei zur Längsebene des laufdrehgestelles symmetrische Langträger 18a und 18b, welche kreisförmig gestaltet sind. Die Langträger 18a und 18b werden symmetrisch zur Querebene durch Querstreben 19a und 19b untereinander verbunden. In der Längsmittelebene in Fahrtrichtung weisend ist der Kurzlenker 12 angeordnet, welcher über den Zapfen 17 den darüberliegenden Wagenkasten 2 (Fig. 1) mit dem Querträger 14 des Laufdrehgestelles verbindet und Zug-und> Stosskräfte überträgt, ohne die Querbeweglichkeit und Ausdrehfähigkeit des Laufdrehgestelles über Gebühr zu behindern. Das Querspiel des Laufdrehgestelles wird durch Begrenzungsanschläge 20 festgelegt, welche mit Gummipuffern 21 versehen sind und den Zapfen 17 mit Spiel «w» umfassen.

Einen Schnitt durch eine Drehgestellhälfte in Quermittelebene zeigt Fig. 3. Der Wagenkasten 2 ist über Luftfeder 1 und einer Zusatz- und Notfeder 23 auf dem Drehgestellangträger 3 aufgelagert. Der Drehgestellangträger 3 ist durch den Querträger 14 mit dem gegenüberliegenden Langträger verbunden. In Drehgestellmitte ist der Wagenkasten 2 über Zapfen 17 und Lenker 12 mit dem Querträger 14 zur Übertragung der Zug- und Stosskräfte verbunden. Die Querbewegung wird durch Gummipuffer 21 begrenzt. In Höhe zwischen Schienenoberkante 24 und Querträger 14 liegt der Koppelrahmen 9, welcher die Radsatzlager 5 miteinander elastisch verbindet.

Was die konstruktive Ausbildung des Koppelrahmens 9 angeht, so stellt die Zeichnung nur eine von vielen Ausführungsmöglichkei-

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ten dar. Der Koppelrahmen könnte auch als eine Platte ausgebildet sein, welche als Werkstoff einen faserverstärkten Kunststoff aufweist.

Als Zusatzbremse für Notfälle ist eine Wirbelstrombremseinrich-tung 25 vorgesehen, welche als Detail «z» aus Fig. 1 in Fig. 4 dargestellt ist.

Zum besseren Verständnis der physikalischen Zusammenhänge sei erläutert, dass Drehgestelle von Schienenfahrzeugen infolge der Radsatz-Laufflächenkegelneigung wellenförmige Bewegungen quer zum Gleis ausführen. Die Dämpfung dieser wellenförmigen, auch «Sinuslauf» genannten Bewegungen ist von der Fahrgeschwindigkeit und von den Amplituden abhängig. Zur Vermeidung von Laufzuständen mit Bewegungsamplituden, die zum wechselseitigen Spurkranzkontakt führen, der mit hohem Verschleiss und Komforteinbussen verbunden ist, sind die Laufwerke unterhalb ihrer Stabilitätsgrenze zu betreiben. Die auftretenden Schwingungsformen eines Schwingungssystems werden von den Verbindungselementen der Massen beeinflusst, beim Schienenfahrzeug also von den primären und sekundären Fesselelementen. Durch Änderung der Anordnung oder der Parameterwerte der Verbindungselemente lässt sich die Grenzgeschwindigkeit, die der Stabilitätsgrenze zuzuordnende Fahrgeschwindigkeit, beeinflussen. Massgebend für die Wirkung der Elemente ist, wie die Verschiebungsfreiheitsgrade der Radsätze gekoppelt werden. Durch eine konventionelle Primärfesselung werden die Freiheitsgrade der beiden Radsätze über den Laufwerksrahmen gekoppelt, und es lassen sich die Kopplungssteifigkeiten angeben mit c * d2/4 ■ C,C,

a~/4Cy + d"/4Cx

CB* = d2/4 ■ C„

mit

Cx Steifigkeit der Achslageranlenkung in Längsrichtung

Cy Steifigkeit der Achslageranlenkung in Querrichtung a Achsstand d Abstützbasis der Achslageranlenkung

Allerdings zeigt sich, dass nicht jede Steifigkeit Cs* bei konventioneller Fesselung erreichbar ist. Es gilt nämlich

CB*/CS* = a2/4 + d2/4 • CjCy,

so dass konventionell nur

CB*/CS* > a2/4

einstellbar ist. Zur Abdeckung des gesamten Parameterraumes erfolgt erfindungsgemäss eine zusätzliche direkte Kopplung der Radsätze durch den Zusatzrahmen. Somit ist es möglich, stabilitätsoptimale Laufwerksauslegungen zu realisieren, was bei konventioneller Radsatzführung ohne den Einsatz zusätzlicher Kopplungen zum Wagenkasten nicht möglich ist.

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2 Blätter Zeichnungen

Claims

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1. Laufwerk für Schienenfahrzeuge mit mindestens zwei Radsätzen, deren Radsatzlager über eine mit diesen steif verbundene Koppelungseinrichtung untereinander verbunden sind, wobei die Koppelungseinrichtung in bestimmten Bereichen eine Flexibilität aufweist und die Radsatzlager über eine Primärfederung geringer Steifigkeit in Längs- und/oder Querrichtung gegen einen lasttragenden Drehgestellrahmen abgefedert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kop-pelungseinrichtung als ein in sich zusammenhängender Koppelrahmen (9) ausgebildet ist und dass dieser Koppelrahmen durch seine Formgebung und/oder seine Materialeigenschaften innere Fede-rungs- und/oder Dämpfungseigenschaften beinhaltet, so dass für Federung und Dämpfung keine zusätzlichen Elemente erforderlich sind.

2. Laufwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppelrahmen (9) als Hohlkastenprofil ausgebildet ist, dass dabei symmetrisch zur Längsmittelebene des Drehgestells zwei Langträger (18a, 18b) vorgesehen sind, welche im Bereich zwischen Drehgestellmitte und den Radsätzen durch zwei Querstreben (19a, 19b) verbunden sind, und dass die Langträger (18a, 18b) kreisförmig gekrümmt und an ihren Enden mit den Radsätzen gekoppelt sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Laufwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppelrahmen (9) an seinen Ecken bzw. über die Kopfstücke der Langträger (18a, 18b) unmittelbar mit den Radsatzlagern (5) gekoppelt ist.

4. Laufwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppelrahmen (9) an seinen Ecken bzw. über die Kopfstücke der Langträger (18a, 18b) an zusätzliche, die Radsatzwelle umfassende Lagergehäuse gekoppelt ist.

5. Laufwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärfederung als Verbindungsglied zwischen den Radsätzen und dem lasttragenden Drehgestellrahmen bzw. einem Wagenkasten in Längs- und/oder in Querrichtung eine Federkonstante cp < 2 • 106 N/m aufweist.

6. Laufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppelrahmen (9) als Vertikalabstützung einer Wirbelstrombremseinrichtung (25) benutzt ist.