Vynález se týká nápravy volného kola pro kolejová vozidla, která má jednotlivě uložená kola pro podvozky kolejových vozidel a nosný rám, který vně obepíná kola svými bočními nosnými rameny. Každé kolo je na vnitřní straně příslušného nosného ramene otočně uloženo uložením na čepu nosného ramene a každé kolo je na své vnitřní straně spojeno pro přenos točivého momentu s hřídelem, který prochází otvory kola a nosného ramene směrem ven.

Dosavadní stav techniky

Známá náprava volného kola, popsaná v patentovém spise WO 98/24674, je provedena jako poháněná náprava. Na každé podélné straně podvozku je vně nosného rámu podvozku upevněn pohon, který je na základě primárního pérování mezi nosným rámem a podvozkovým rámem s náhonem spojen kloubovým hřídelem s kolem, přičemž je vytvořena pohonová rovina na vnější straně pohonu a výstupní rovina na vnitřní straně kola. Hřídel, působící jako spojovací hřídel, probíhá průběžně s odpovídající délkou mezi oběma spojovacími rovinami kloubového hřídele.

Tato známá náprava volného kola má tu výhodu, že náprava a pohon může mít malou konstrukční šířku, čímž je umožněna bez rušícího přesahu podvozku například stavba ůzkorozchodných vozidel s malou šířkou vozidlové skříně. Další výhoda spočívá v tom, že uložení kola je uspořádáno uvnitř tohoto kola, čímž se dosahuje dobrá nosnost a vysoká trvanlivost.

Toto řešení je však nevýhodné, neboť se vyžaduje maximální šířka střední uličky, ohraničená jednak pouze odstupem kol a jednak nutnými průhyby a volnými prostory příčné pružiny, obvyklé například u nízkopodlažních vozů, protože tato šířka se omezuje spojovací rovinou, která je uspořádána na vnitřní straně kola. Další nevýhodou je to, že při údržbářské činnosti je vlivem polohy spojovací roviny ztížena přístupnost k dílům kola, například k uložení kola. Kromě toho by se musela při přizpůsobení na jiné rozchody, například ještě menší rozchody, měnit prakticky celá konstrukce.

Známý podvozek, popsaný například v patentovém spise DE 44 29 889, má na vnější straně rámu uspořádána kola spolu s náhonem, která jsou spojena přes kloubový hřídel s pohonem. Nevýhodou tohoto uspořádání je to, že výstupní spojovací rovina leží přímo na vnější straně kola a nosný rám je uspořádán mezi vnitřními stranami obou kol jedné nápravy, čímž je přizpůsobení na rozdílné rozchody, zejména na menší rozchody, zvláště problematické.

V patentovém spise DE 199 30 424, který vychází z patentového spisu WO 98/24674, je popsáno, že hřídel končí přímo na vnější straně nosného ramene, která je vytvořena ve spojovací rovině. Výhodou tohoto uspořádání je dobrá variabilita použití, zejména při přizpůsobování na menší rozchody, při současném zachování optimálního dimenzování uložení kola jeho uspořádáním uvnitř kola. Tímto uspořádáním se navíc usnadní údržbářské práce.

Pro přizpůsobení na jiný rozchod, například menší rozchod koleje, zejména 900 mm, se musí čep nápravy nosného ramene, který nese kolo, a délka hřídele přizpůsobit požadované poloze kola, odpovídající rozchodu koleje. V případě poháněné nápravy se nemusí měnit žádné komponenty pohonu, protože hřídel tvoří zároveň vložený hřídel, který je ve spojovací rovině spojen s hnacím hřídelem. Tím se může pro pohonnou jednotku používat jedno provedení, které je známé z výše uvedeného patentového spisu DE 44 29 889. Přitom se zachovají všechny výhody uvedené v patentovém spise WO 98/24674. Navíc se může při nepoháněné nápravě používat hřídel, který je vytvořen jako brzdový hřídel, když se ve spojovací rovině spojí s brzdovým zařízením.

-1 CZ 293816 B6

U známé nápravy volného kola, popsané v patentovém spise DE 199 30 424, je v otvoru nosného ramene, přídavně k uvnitř otvoru kola uspořádanému uložení kola, uložen hřídel v dalším otočném uložení, které vytváří třecí ložisko. Toto provedení je však pro zamezení tolerancemi podmíněných chyb v lícování náprav mezi třemi ložisky výrobně a technicky velmi nákladné.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje náprava volného kola pro kolejová vozidla, která 10 má jednotlivě uložená kola pro podvozky kolejových vozidel a nosný rám, který vně obepíná kola svými bočními nosnými rameny, přičemž každé kolo je na vnitřní straně příslušného nosného ramene otočně uloženo uložením na čepu nosného ramene a každé kolo je na své vnitřní straně spojeno pro přenos točivého momentu s hřídelem, který prochází otvory kola a nosného ramene směrem ven, jejíž podstata spočívá v tom, že uložení je vytvořeno ze dvou ložisek. První 15 ložisko je uspořádáno uvnitř prvního otvoru kola mezi kolem a čepem nosného ramene, zatímco druhé ložisko je uspořádáno k prvnímu ložisku axiálně a radiálně přesazené uvnitř druhého otvoru nosného ramene mezi nosným ramenem a hřídelem.

Podle výhodného provedení je první ložisko opatřeno s kolem rotujícím prvním vnějším krouž20 kem a nerotujícím a na čepu usazeným prvním vnitřním kroužkem.

Podle dalšího výhodného provedení je druhé ložisko opatřeno s hřídelem rotujícím druhým vnitřním kroužkem a nerotujícím a v druhém otvoru nosného ramene usazeným druhým vnějším kroužkem.

Podle dalšího výhodného provedení jsou obě ložiska kuželíková ložiska pro zachycení radiálních sil a obou axiálních protisměrně působících axiálních sil.

Podle dalšího výhodného provedení mají obě ložiska sklon kuželových ploch svých vnitřních 30 kroužků a vnějších kroužků provedeny tak, že všechny kuželové plochy se při pohledu od vnitřní strany kola k vnější straně radiálně zužují.

Podle dalšího výhodného provedení mají obě ložiska sklon kuželových ploch svých vnitřních kroužků a vnějších kroužků provedeny tak, že všechny kuželové plochy se při pohledu od vnitřní 35 strany kola k vnější straně radiálně rozšiřují.

Podle dalšího výhodného provedení končí hřídel přímo v první spojovací rovině, vytvořené na vnější straně nosného ramene.

Podle dalšího výhodného provedení je hřídel tvořen vloženým hřídelem a v první spojovací rovině je spojen první spojkou s hnacím hřídelem hnací jednotky, uspořádané na vnější podélné straně podvozku.

Podle dalšího výhodného provedení je hřídel tvořen brzdovým hřídelem a v první spojovací rovi45 ně je spojen s brzdovým zařízením.

Podle dalšího výhodného provedení je brzdové zařízení provedeno jako kotoučová brzda. S brzdovým hřídelem je spojen brzdový kotouč, který spolupůsobí s brzdovým sedlem, opřeným o nosné rameno.

Hlavní výhoda navrženého řešení spočívá v tom, že náprava volného kola dosáhne při zachování popsaných zbývajících předností a při malých výrobních nákladech optimální životnost, zejména v oblasti uložení kola v ložisku.

-2CZ 293816 B6

Další výhodou je to, že se dvě ložiska mohou uspořádat v jedné ose. Jedná se o tzv. rozdělené uložení kola, při němž je první ložisko uloženo uvnitř kola, tj. v oblasti otvoru kola, určeného jeho axiální šířkou, případně tloušťkou. Druhé ložisko je axiálně posunuto do oblasti, ve které je umístěno třetí ložisko při navržené nápravě volného kola. Jedná se tedy prakticky o spojení dvou samostatných ložisek. Tím kolo spolu s hřídelem prakticky vytváří jednotku, která je oběma přesazené uspořádanými ložisky uložena ve své celistvosti a v prostoru, jenž je k dispozici, a která dosahuje optimální nosnost uložení a tím i životnost.

Další výhody nápravy spočívají v tom, že má nezávisle na rozchodu koleje vždy stejné hnací komponenty, dlouhou životnost uložení optimálním uspořádáním obou ložisek nezávisle na rozchodu koleje, velkou variabilitu použití rovněž pro nepoháněnou nápravu s koly brzděnými prostřednictvím hřídele kola a možnost přizpůsobení na rozdílné rozchody kolejí při zachování pohonu pouze přizpůsobením vloženého hřídele a zavěšení kola.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresů, na kterých znázorňuje obr. 1 schematický půdorys dvounápravového podvozku s dvěma nápravami volného kola, obr. 2 oblast Π z obr. 1 ve zvětšeném řezu, kde v horní a spodní polovině obr. 2 jsou znázorněny dvě rozdílné varianty použití a obr. 3 variantu provedení uložení kola v polovičním řezu, která je podobná variantě zobr. 2.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je jako příklad znázorněno použití dvou náprav 1 volného kola v poháněném dvounápravovém podvozku. Na každé podélné straně podvozku je umístěna hnací jednotka 2, kterou tvoří elektromotor 4 a oboustranně přírubou připevněné převody 6 s kuželovými koly. Každá náprava 1 má do písmene U tvarovaný nosný rám 8, který je rovněž znám pod názvem portálová náprava. Na nosném rámu 8 jsou jednotlivě uložena kola 10, přičemž nosný rám 8 obepíná kola 10 bočními nosnými rameny 12 a každé kolo 10 je otočně spojeno s vnitřní stranou příslušného nosného ramene 12. Každá hnací jednotka 2 je zavěšena na neznázoměném rámu, který se primárním pérováním opírá o příslušný nosným rám 8. Pro tento účel má nosný rám 8 zejména v oblasti nosných ramen 12 dosedací plochy 14 pro primární pružící elementy.

Jak je zřejmé z obr. 2, je každé kolo 10 na své vnitřní straně spojeno s hřídelem 16 pro přenos točivého momentu, který prochází prvním otvorem 11 kola 10 a druhým otvorem 13 nosného ramene 12 směrem ven. Hřídel 16 končí přednostně v první spojovací rovině 18, vytvořené přímo na vnější straně nosného ramene 12. Přednostně je hřídel 16 na své vnitřní straně pevně spojen připojovacím prvkem 30 s kolem 10, takže hřídel 16 rotuje koaxiálně s kolem 10.

Na nápravě 1 je pro otočné uložení kola 10 nebo pro pevné spojení kola 10 a hřídele 16 vytvořeno uložení 32, které je tvořeno prvním ložiskem 34a a druhým ložiskem 34b. První ložisko 34a je umístěno uvnitř kola 10, tj. v oblasti axiální šířkou určeného prvního otvoru 11, tedy radiálně mezi kolem 10 a čepem 36 nosného ramene 12, zasahujícího do kola 10. Druhé ložisko 34b je uspořádáno k prvnímu ložisku 34a axiálně a radiálně přesazené uvnitř druhého otvoru 13 nosného ramene 12 mezi nosným ramenem 12 a hřídelem 16. Toto provedení zaručuje optimální namáhání ložisek 34a, 34b a tím i jejich dlouhou životnost. Další podrobnosti uložení 32 budou dále ještě přesněji vysvětleny.

U příkladu provedení poháněné nápravy 1 volného kola, který je znázorněn v horní polovině obr. 2, tvoří hřídel 16 vložený hřídel 20, který je v první spojovací rovině 18 spojen první spojkou 22 s hnacím hřídelem 24 hnací jednotky 2. Hnací hřídel 24 je na své druhé protilehlé straně spojen druhou spojkou 26 s převodem 6 hnací jednotky 2. V upřednostněném provedení je hnací hřídel 24 proveden v prodloužení vloženého hřídele 20 jako v podstatě koaxiální přednostně dutý

-3CZ 293816 B6 kloubový hřídel a dvě oboustranné spojky 22, 26 jsou provedeny jako dvojité kloubové spojky

22. 26. Přitom hnací hřídel 24 probíhá skrz převod 6, takže druhá spojovací rovina 28 na straně pohonu leží na vnější straně převodu 6, směřující ven od nosného rámu 8, případně na vnější straně hnací jednotky 2, zatímco první spojovací rovina 18 a první spojka 22 leží mezi převodem

6 a nosným ramenem 12 nosného rámu 8.

Každá spojka 22, 26 se všeobecně známým způsobem skládá z hvězdicovitých dílů, které do sebe zabírají přes vložku pružných klínovitých vyrovnávacích elementů. Tím se umožní vyrovnání pohybů pružení v řádu minimálně plus mínus 15 mm.

Alternativně od provedení podle obr. 2 může hřídel 16 spojený s kolem 10 procházet jako jednodílný až k hnací jednotce 2, případně k zde na vnější straně ležící druhé spojce 26.

V provedení nápravy 1 volného kola, znázorněném ve spodní polovině obr. 2, se jedná o nepohá15 něnou verzi. Proto odpadají hnací jednotky 2 s elektromotory 4 a převody 6 včetně hnacích hřídelů 24. Místo toho se může výhodně použít každý hřídel 16 jako brzdový hřídel 37 s tím, že se v první spojovací rovině 18 spojí s brzdovým zařízením. U této alternativy je brzdové zařízení výhodně provedeno jako kotoučová brzda, přičemž s hřídelem 10 je spojen brzdový kotouč 38, který tak rotuje společně s kolem 10. Brzdový kotouč 38 spolupůsobí neznázoměným sedlem 20 brzdy, opírajícím se o nosné rameno 12 nosného rámu 8. První spojovací rovina 18 této nepoháněné verze, ale brzdou opatřené verze, nemusí přesně souhlasit s první spojovací rovinou 18 poháněné verze podle obr. 2.

Následně bude uložení 32 ještě přesněji vysvětleno. Při uspořádání obou ložisek 34a, 34b má 25 především první ložisko 34a v prvním otvoru 11 kola 10 usazený a spolu s kolem 10 rotující první vnější kroužek 40 a nerotující a na Čepu 36 uspořádaný první vnitřní kroužek 42. Druhé ložisko 34b má rotující druhý vnitřní kroužek 44. který rotuje spolu s hřídelem 16, nerotující a v druhém otvoru 13 nosného ramene 12 uspořádaný druhý vnější kroužek 46. Obě ložiska 34a, 34b jsou přednostně provedena jako kuželíková ložiska pro zachycení radiálních sil a obou 30 v protisměru působících axiálních sil +^, -Fa- Protože jsou ložiska 34a, 34b. co se týká rotujících, případně nerotujících, kroužků 40, 42, 44, 46, uspořádána obráceně, dochází při použití kuželflcových ložisek k tomu, že pro zachycení obou axiálních sil +Fa, -F, neprobíhají kuželové plochy obou ložisek 34a, 34b z čistě geometrického hlediska, jak je jinak obvyklé, protisměrně nakloněné, ale probíhají při pohledu v axiálním směru nakloněné ve stejném smyslu. Při pohledu 35 z vnitřní strany kola 10 ve směru k vnější straně, na obr. 2 a 3 zprava doleva, se mohou kuželové plochy kroužků 40, 42, 44, 46 buď podle obr. 2 zužovat, nebo podle obr. 3 rozšiřovat. Volba mezi oběma alternativami závisí na silách, vznikajících v daném případu použití. Zpravidla by se měla dát přednost provedení podle obr. 2.

Navržené řešení není omezeno pouze na znázorněné a popsané příklady provedení, ale obsahuje všechna ve smyslu vynálezu stejně působící provedení.