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Die
Erfindung betrifft ein Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug,
welches einen Fahrwerkrahmen mit zwei Längsträgern
und zumindest einen damit verbundenen Querträger aufweist.
Das Fahrwerk weist zumindest zwei in Radsatzlagern gelagerte Radsätze
mit je einer Radsatzwelle und zwei Rädern auf. Die Radsatzlager
sind mit dem Fahrwerkrahmen verbunden. Das Fahrwerk weist zumindest
einen im Fahrwerkrahmen aufgenommenen Antrieb zum Antreiben je einer
Radsatzwelle auf, wobei der zumindest eine Antrieb an dem zumindest
einen Querträger beweglich aufgehängt ist.
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Das
Fahrwerk ist vorzugsweise ein Drehgestell, insbesondere ein Triebdrehgestell.
Das Schienenfahrzeug kann beispielsweise eine Lokomotive, eine S-Bahn,
eine U-Bahn oder eine Straßenbahn sein. In einem Fahrwerk
sind typischerweise zwei Antriebe aufgenommen, welche jeweils eine
Radsatzwelle antreiben. Ein Antrieb weist typischerweise einen Fahrmotor
und ein damit verbundenes Getriebe auf. Im Fahrwerk kann alternativ
nur ein angetriebener Radsatz aufgenommen sein. Es können
auch mehrere angetriebene Radsätze aufgenommen sein, wie
z. B. drei oder vier. Neben den angetriebenen Radsätzen
können auch antriebslose Radsätze im Fahrwerk
angeordnet sein. Die Radsätze können Starrradsätze
oder Losradsätze sein.
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In
der internationalen Veröffentlichung
WO 01/079048 A1 ist ein
derartiges Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug beschrieben.
In einer Ausführungsform sind im Bereich des Querträgers
Antriebe in koaxialer Bauweise angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform
erfolgt die Übertragung von Zug- und Druckkräften
zum Schienenfahrzeugoberbau über eine mit dem Antrieb verbundene
Zug-/Druckstange in Form einer Tiefzuganlenkung. Der Antrieb weist
eine nicht koaxiale Bauweise auf. In einer weiteren Ausführungsform
sind die Antriebe über Stangen oder Stäbe miteinander
verbunden. Jeweils je zwei parallel über einander angeordnete
Stangen verbinden zwei Antriebe miteinander. Bei dieser Ausführungsform
weisen die Antriebe eine koaxiale Bauweise auf.
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Aus
dem Stand der Technik sind weiterhin Fahrwerke mit Tatzlagerantrieben
oder achsreitenden Antrieben allgemein bekannt.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug
anzugeben, welches einen im Vergleich zum Stand der Technik leichtere Bauart
aufweist.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird mit einem Fahrwerk mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des
Fahrwerks sind in den abhängigen Ansprüchen 2
bis 28 genannt.
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Erfindungsgemäß ist
der zumindest eine Querträger mit jeweils zumindest einem
an einer Oberseite und an einer Unterseite des zumindest einen Querträgers
gelenkig verbundenen Zug-/Druckelement mit einem Lok- oder Wagenkasten
gelenkig verbunden.
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Dadurch
werden in vorteilhafter Weise Antriebs- und Bremskräfte
bzw. Zug- und Druckkräfte in Fahrtrichtung des Fahrwerks
aus dem Rad-Schiene-Kontakt in den Antrieb und weiter über
die Zug-/Druckstangen direkt in den Querträger und unter
weitestgehender Umgehung des Drehgestellrahmens in den Lok- oder
Wagenkasten eingeleitet.
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Die
Zug-/Druckstangen können zu beiden Seiten zum Lok- oder
Wagenkasten hin mit diesem verbunden sein, das heißt, dass
vier Zug-/Druckstangen vorhanden sind, welche den zumindest einen Querträger
mit dem Lok- oder Wagenkasten verbinden. Alternativ können
auch nur zwei Zug-/Druckstangen vorhanden sein, welche den zumindest
einen Querträger mit dem Lok- oder Wagenkasten verbinden.
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Die
Bremskräfte können neben den Antrieben zusätzlich
von einer mechanischen Bremseinrichtung, wie z. B. von einer Scheibenbremse
oder von einer Magnetschienenbremse, oder auch von einer berührungslos
arbeitenden Wirbelstrombremse hervorgerufen werden.
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Es
vereinfacht sich weiterhin die Fahrwerkskonstruktion. Zudem verringert
sich vorteilhaft die Gesamtmasse des Fahrwerkes. Als Folge davon
verbessert sich das Laufverhalten des Fahrwerkes.
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Im
Besonderen weist das Fahrwerk (nur) einen Querträger auf,
an dem zwei Antriebe aufgehängt sind. Alternativ kann das
Fahrwerk auch zwei oder sogar drei Querträger aufweisen.
Es können an jedem Querträger ein oder zwei Antriebe
aufgehängt sein, welche jeweils einen Radsatz antreiben.
Im Falle von zwei Querträgern kann jeder Querträger
mit dem benachbarten Lok- oder Wagenkasten mittels zweier Zug-/Druckstangen
verbunden sein. Es ist auch möglich, dass die obere Zug-/Druckstange
mit beiden Oberseiten des Querträgers verbunden ist und
dass die untere Zug-/Druckstange mit beiden Unterseiten des Querträgers
verbunden ist. In diesem Fall können die Zug-/Druckstangen
nur zur einen Seite oder zu beiden Seiten mit dem Lok- oder Wagenkasten
verbunden sein. Es sind zu den zuvorgenannten beispielhaften Ausgestaltungsvarianten des
Fahrwerks beliebige Kombinationen untereinander denkbar.
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Nach
einer Ausführungsform weisen die Zug-/Druckelemente jeweils
ein erstes Ende auf. An der Oberseite und an der Unterseite des
Querträgers ist je ein Lagerbock angeordnet. Die ersten
Enden der Zug-/Druckelemente bilden mit dem Lagerbock je ein Gelenk.
Der Lagerbock kann beispielsweise am Querträger angeschweißt,
angenietet oder angeschraubt sein. Er kann auch integraler Bestandteil des
Querträgers selbst sein.
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Im
Besonderen sind die Gelenke nach einer weiteren Ausführungsform
in einer Querschnittsebene durch die Mitte des Fahrwerks angeordnet.
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Die „Querschnittsebene"
verlauft insbesondere durch die (konstruktive) Fahrzeugmitte. Zugleich
ist sie senkrecht zur Schienenebene, das heißt orthogonal
zu einer durch die Drehachsen der Radsatzwellen verlaufenden Ebene,
wenn die Räder des Fahrwerkes einen gleichen Raddurchmesser
aufweisen. Zudem verläuft die Querschnittsebene parallel und
mittig zu den Drehachsen der Radsatzwellen. Bei einer derartigen
Anordnung der zuvor genannten Komponenten vereinfacht sich die Fahrwerkskonstruktion
nochmals.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform sind die Gelenke in einer
Längsschnittebene durch die Mitte des Fahrwerks angeordnet.
Mit „Längsschnittebene" ist eine senkrecht zur
Schienenebene verlaufende Ebene bezeichnet. Sie ist daher zugleich
senkrecht zu einer durch die Drehachsen der Radsatzwellen verlaufenden
Ebene, wenn die Räder des Fahrwerkes einen gleichen Raddurchmesser
aufweisen. Die Schnittgerade der Querschnittsebene mit der Längsschnittebene
ist dabei zugleich eine (konstruktive) Spiegelachse des Fahrwerkes.
Die Fahrwerksmitte ist typischerweise die Spiegelachse der Komponenten
des Fahrwerkes.
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Für
den Fall, dass die Gelenke sowohl in der Querschnittsebene als auch
in der Längsschnittebene des Fahrwerkes angeordnet sind,
erfolgt in vorteilhafter Weise eine möglichst zentrale,
mittige Einleitung der Längskräfte aus dem Querträger über
die Zug-/Druckstangen in den Lok- oder Wagenkasten. Dadurch vereinfacht
sich die Fahrwerkskonstruktion nochmals.
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Nach
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die
Gelenke Sphärolager oder Kugellager. Dadurch ist eine momentenfreie
Einleitung der Längskräfte, das heißt
der Zug- und Druckkräfte, aus dem Querträger in
den Lok- oder Wagenkasten möglich.
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Vorzugsweise
weist der Querträger eine Längssymmetrieachse
auf, welche in einer Querschnittsebene durch die Mitte des Fahrwerks
verlauft. Der Querträger ist vorzugsweise in der (geometrischen)
Mitte des Fahrwerkes angeordnet. Sie verläuft senkrecht
zur Schienenebene und bildet zugleich die Schnittgerade der (konstruktiven)
Längsschnittebene mit der (konstruktiven) Querschnittsebene
des Fahrwerkes. Bei einer derartigen Anordnung des Querträgers
spricht man auch von einem Mittenquerträger.
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Vorzugsweise
weist der zumindest eine Querträger eine Quersymmetrieachse
auf, welche in einer Längsschnittebene durch die Mitte
des Fahrwerks verläuft. Dadurch vereinfacht sich die Fahrwerkskonstruktion
nochmals.
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Im
Besonderen verlaufen die Längssymmetrieachse und die Quersymmetrieachse
des zumindest einen Querträgers in einer durch die Drehachsen
der Radsatzwellen verlaufenden Ebene.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen die
Zug-/Druckelemente eine Längsachse auf. Die Längsachsen
verlaufen parallel zueinander. Diese Anordnung ermöglicht
neben der Einleitung von Längskräften vorteilhaft
eine Einleitung von Drehmomenten von den Antrieben in den Lok- oder
Wagenkasten.
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Einer
weiteren Ausführungsform zufolge sind die Zug-/Druckelemente
spiegelbildlich zu einer durch die Drehachsen der Radsatzwellen
verlaufenden Ebene angeordnet. In diesem Fall verläuft
die Kraftresultierende zweier Zug-/Druckelemente bei der Einleitung
der Längskräfte in den Lok- oder Wagenkasten genau
in dieser Ebene und vorzugsweise entlang der Schnittlinie aus der
Längsschnittebene und der durch die Drehachsen der Radsatzwellen verlaufenden
Ebene. Dadurch ist eine nahezu drehmomentfreie Einleitung der von
den Antrieben stammenden Drehmomente in den Lok- oder Wagenkasten
möglich. Die in den Querträger eingeleiteten Drehmomente
werden sogleich weiter über die Zug-/Druckelemente in den
Lok- oder Wagenkasten eingeleitet. Eine drehmomentbehaftete Belastung des
Fahrwerkrahmens selbst erfolgt nur in geringem Maße.
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Gemäß einer
besonderen Ausführungsform sind die Radsatzlager im Fahrwerkrahmen
jeweils mittels eines Radsatzlenkers mit zumindest einen Querträger
verbunden. Dadurch ist vorteilhaft neben einer Einleitung der Längskräfte
aus den Radaufstandspunkten über das Radsatzlager und den
Radsatzlenkern in den Querträger auch eine Einleitung von
Querkräften in den Querträger möglich.
Die eingeleiteten Kräfte werden über die Zug-/Druckelemente
in den Lok- oder Wagenkasten eingeleitet.
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Vorzugsweise
ist der zumindest eine Querträger seitlich mit den Radsatzlenkern
verbunden. Die Radsatzlenker können mittels eines vergleichsweise
steifen Verbindungselementes, wie z. B. eines Gummi-Metall-Elementes,
mit dem Querträger verbunden sein.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform sind die im Fahrwerkrahmen
aufgenommenen zwei Antriebe Tatzlagerantriebe mit je einem Fahrmotor und
einem Getriebe. Die Fahrmotoren sind mit einem koaxial zur Radsatzwelle
drehbar gelagerten Tatzlagerrohr verbunden. Der Fahrmotor weist
eine Drehmomentstütze auf, mittels derer der jeweilige
Fahrmotor gelenkig mit dem Querträger verbunden ist. Alternativ
zu den Tatzlagerantrieben können die im Fahrwerkrahmen
aufgenommenen Antriebe achsreitende Antriebe mit je einem Fahrmotor
und einem Getriebe sein. Alternativ kann im Fahrwerk nur ein Tatzlagerantrieb
aufgenommen sein. Es können alternativ auch drei oder mehrere
Tatzlagerantriebe aufgenommen sein.
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Dadurch
ist vorteilhaft eine Abstützung der Antriebs- bzw. Bremsmomente
des Tatzlagerantriebes am Querträger möglich.
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Bei
dieser Ausführungsform sitzt der Fahrmotor sozusagen auf
dem Radsatz bzw. auf der Radsatzwelle. Zwischen der Radsatzwelle
und dem Tatzlagerrohr sind Tatzlager angeordnet, welche in gewissem
Maße auch eine axiale Relativbewegung von Tatzlagerrohr
zur Radsatzwelle zulassen. Mit „axial" sind Richtungen
parallel zur Drehachse der Radsatzwelle bezeichnet. Das Getriebe
weist miteinander kämmende Zahnräder auf. Üblicher weise
weist das Getriebe ein Großrad und ein Kleinrad auf, welches durch
den Fahrmotor angetrieben wird. Das Großrad ist drehfest
mit der Radsatzwelle verbunden.
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Des
Weiteren können die Drehmomentstützen mit der
Unterseite des Querträgers gelenkig verbunden sein. Sie
können alternativ über je ein Pendel gelenkig
mit dem Querträger verbunden sein. Die letztere Ausführungsform
erlaubt eine elastischere Anbindung der Antriebe an den Querträger.
Somit sind nur Teile der Antriebsmassen in vertikaler Richtung am
Querträger primär aufgehängt. Sie zählen daher
nicht zu dem ungefederten Teil der Radsatzmassen.
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Einer
weiteren Ausführungsform zufolge weist der Querträger
zwei Seitenbereiche auf, welche je einem Fahrmotor gegenüberliegen.
Je eine Konsole ist im Seitenbereich des Querträgers angeordnet.
Das obere Ende der Pendel ist gelenkig in der Konsole aufgenommen.
Das untere Ende der Pendel ist gelenkig mit der Drehmomentstütze
des jeweiligen Fahrmotors verbunden. Durch die in gewissem Umfang
pendelnde Aufhängung des Fahrmotors bzw. des Antriebs können
Ausgleichsbewegungen der Fahrmotoren während der Fahrt
besser ausgeglichen werden.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist je ein
Lagerbock bzw. Konsole zur gelenkigen Anbindung der Zug-/Druckelemente
an der Ober- und Unterseite des Querträgers angeordnet. Zusätzlich
ist zwischen dem unteren Lagerbock und den Drehmomentstützen
jeweils ein Zugkraftlenker gelenkig angeordnet.
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Mittels
der Zugkraftlenker ist eine direktere Einleitung der Zug- und Bremskräfte über
den Tatzlagerantrieb in den Querträger möglich.
Insbesondere weisen die Zugkraftlenker eine Längsachse
auf, welche jeweils in einer Längsschnittebene durch die
Mitte des Fahrwerks verlaufen.
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Sind
die Zugkraftlenker gemäß einer weiteren Ausführungsform
parallel zu einer durch die Drehachsen der Radsatzwellen ver laufenden
Ebene angeordnet, so ist eine Einleitung der Zug- und Bremskräfte
in einer Ebene parallel zu den Zug-/Druckelementen in den Querträger
möglich.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform sind die Zugkraftlenker zwischen
der Unterseite des Querträgers und dem unteren Zug-/Druckelement angeordnet.
Durch diese Anordnung können die über die Drehmomentstützen
weitergeleiteten und betragsmäßig kleineren Zug-
und Bremskräfte möglichst nahe in Bezug auf die
durch die Drehachsen der Radsatzwellen verlaufende Ebene in den
Querträger eingeleitet werden.
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Vorzugsweise
sind die Radsatzlenker parallel zu den Zugkraftlenkern angeordnet.
Durch die kräftemäßige Aufteilung können
die Radsatzlenker im Vergleich zur Lösung ohne Zugkraftlenker
hinsichtlich der Anbindung an den Querträger weicher ausgeführt
werden. Dies ist hinsichtlich der Bogenfahrt des Fahrwerks lauftechnisch
günstiger.
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Im
Falle einer mittigen Anordnung der Zugkraftlenker, das heißt
einer Anordnung der Zugkraftlenker in der Ebene der Radsatzwellen
und der Längsschnittebene des Fahrwerks, resultieren vergleichsweise
geringe Biegemomente um die Hochachse des Querträgers infolge
der Zug- und Bremskräfte im Vergleich zur Einleitung dieser
Kräfte über die Radsatzlenker.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführungsform sind je zwei Tatzlager
zwischen der Radsatzwelle und dem Tatzlagerrohr angeordnet. Die
Tatzlager bilden mit den Radsatzlagern je eine integrierte Baueinheit.
Dadurch reduziert sich der Komponentenaufwand für ein solches
Fahrwerk.
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Alternativ
zu den Tatzlagerantrieben können die im Fahrwerkrahmen
aufgenommenen zwei Antriebe achsreitende Antriebe mit je einem Fahrmotor und
einem Getriebe sein. Es können im Fahrwerk alternativ ein,
drei oder mehrere achsreitende Antriebe vorhanden sein.
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Bei
dieser Ausführungsform ist der Fahrmotor insbesondere querelastisch
mit dem Querträger verbunden. Die Fahrmotoren können
beispielsweise mittels eines Gummielements am Querträger
befestigt sein. Durch die Anbindung an den Querträger zählt
der Fahrmotor zu den sogenannten gefederten Massen. Das Getriebe
weist miteinander kämmende Zahnräder auf. Üblicherweise
weist das Getriebe ein Großrad und ein Kleinrad oder alternativ
ein Großrad, ein Zwischenrad und ein Kleinrad auf. Das
Großrad ist drehfest mit der Radsatzwelle verbunden. Zur Drehmomentübertragung
können das Kleinrad und eine Motorwelle des Fahrmotors über
eine Zahnkupplung verbunden sein. Die Zahnkupplung erlaubt sowohl
axiale als auch radiale Relativbewegungen der Motorwelle zu einer
Getriebeeingangswelle des Kleinrades. Mit „radial" sind
Richtungen hin zur Drehachse der Motorwelle und weg von ihr bezeichnet. Durch
die Zahnkupplung erfolgt eine Entkopplung der gefederten Masse des
Fahrmotors von der ungefederten Masse des achsreitenden Getriebes.
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In
einer besonderen Ausführungsform weist das eine Getriebe
eine gerade Getriebestufenzahl und das andere Getriebe eine ungerade
Getriebestufenzahl mit einem gleichen Übersetzungsverhältnis auf.
Vorzugsweise ist das erste Getriebe ein einstufiges Getriebe und
das zweite Getriebe ein zweistufiges Getriebe. Alternativ kann beispielsweise
das erste Getriebe zweistufig und das zweite Getriebe dreistufig
ausgeführt sein.
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Dadurch
kompensieren sich die am Querträger wirkenden Reaktionsmomente
der Fahrmotoren.
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Vorzugsweise
sind die Getriebe der achsreitenden Antriebe mit einem koaxial zur
Radsatzwelle drehbar gelagerten Tatzlagerrohr verbunden. Dadurch
ist eine axiale Relativbewegung von Tatzlagerrohr zur Radsatzwelle
in geringem Maße möglich.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform sind die Zug-/Druckelemente
und/oder die Zugkraftlenker starre Zug-/Druckstangen.
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Sie
können an dem jeweiligen Ende ein Scharnier- oder Kugelgelenk
aufweisen. Sie können auch Ösen aufweisen, welche
mit jeweils korrespondierenden Lagerbolzen korrespondieren.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform sind die beiden Längsträger
des Fahrgestellrahmens beweglich mit dem zumindest einen Querträger
verbunden, wie z. B. über Zylinderfedern oder Gummielemente.
Dadurch wird der Laufkomfort des Fahrwerkes erhöht.
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Die
Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der Erfindung
werden im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren näher
beschrieben. Es zeigen
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1 beispielhaft
ein Fahrwerk mit zwei Antrieben nach dem Stand der Technik,
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2 beispielhaft
einen Radsatz mit einem Tatzlagerantrieb in einer Draufsicht nach
dem Stand der Technik,
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3 beispielhaft
einen Radsatz mit einem achsreitenden Antrieb in einer Draufsicht
nach dem Stand der Technik,
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4 beispielhaft
einen Längsschnitt durch ein Fahrwerk mit zwei pendelnd
mit einem Querträger verbundenen Tatzlagerantrieben in
einer Prinzipdarstellung nach dem Stand der Technik,
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5 beispielhaft
einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes
Fahrwerk mit einem im Fahrwerkrahmen mittig angeordneten und über
zwei Zug-/Druckelemente mit einem Lok- oder Wagenkasten verbundenen
Querträger in einer Prinzipdarstellung,
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6 beispielhaft
ein erfindungsgemäßes Fahrwerk in einer konstruktiven
Darstellung und in einer Draufsicht,
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7 eine
Schnittdarstellung durch das Fahrwerk gemäß 6 entlang
der in 6 eingetragenen Schnittlinie VII-VII,
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8 eine
Schnittdarstellung durch den Querträger entlang der in 6 eingetragenen Schnittlinie
VIII-VIII in einer vergrößerten Darstellung und
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9 eine
Schnittdarstellung durch den Querträger in einer vergrößerten
Darstellung entsprechend einer alternativen Ausführungsform
des Fahrwerkes.
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1 zeigt
beispielhaft ein Fahrwerk 1 mit zwei Antrieben 9 nach
dem Stand der Technik.
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Das
gezeigte Fahrwerk 1 umfasst einen Fahrwerkrahmen 2,
bestehend aus zwei Längsträgern 3 und
einem damit verbundenen Querträger 4. Im Beispiel
der 1 weist das Fahrwerk 1 zwei Radsätze 7 mit
je einer Radsatzwelle 8 und zwei Rädern 5 auf.
Die Radsätze 7 sind in Radsatzlagern 6 gelagert,
die im Beispiel der 2 mit dem Querträger 4 verbunden
sind. Im Fahrwerkrahmen 2 sind zwei nicht koaxiale Antriebe 9 aufgenommen.
In diesem Fall liegt die Drehachse des Fahrmotors 10 außerhalb
der Drehachse der Radsatzwelle 8. Koaxiale Antriebe 9 sind
z. B. Direktantriebe. Zur Einleitung von Längskräften,
das heißt von Zug- und Druckkräften, insbesondere
von Antriebs- und Bremskräften des Fahrwerkes, ist der
in der Bildebene weiter hinten liegende Antrieb 9 über
eine Zug-/Druckstange 15 mit einem nicht weiter gezeigten
Lok- oder Wagenkasten verbunden. Die beiden Antriebe 9 können untereinander über
eine in der 1 nicht sichtbare Stange gelenkig
verbunden sein.
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Darüber
hinaus weisen die beiden Radsätze 7 je eine Bremseinrichtung 12 auf.
Mit dem Bezugszeichen 13 sind Primärfedern bezeichnet.
Sie sind zwischen dem Fahrwerkrahmen 2 und den Radsatzlagern 6 zur
Dämpfung angeordnet. Die Längsträger 3 können
mit dem Querträger 4 gelenkig verbunden sein.
Das Fahrwerk 1 kann mittels großer, als Luftfedern
ausgebildeter Sekundärfedern 14 an eine Bodenplatte
des darüber liegenden und nicht weiter gezeigten Schienenfahrzeugs
angebunden sein.
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2 zeigt
beispielhaft einen Radsatz 7 mit einem Tatzlagerantrieb 9 in
einer Draufsicht nach dem Stand der Technik.
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Wie
die 2 zeigt, sitzt der Fahrmotor 10 quasi
auf der Radsatzwelle 8. Zwischen dem Fahrmotor 10 und
der Radsatzwelle 8 ist ein zur Radsatzwelle 8 koaxiales
Tatzlagerrohr 20 zu sehen. Mit dem Bezugszeichen 21 sind
zwei zugehörige Tatzlager bezeichnet. Der Fahrmotor 10 treibt über
ein Kleinrad 23 ein fest mit der Radsatzwelle 8 verbundenes Großrad 24 an.
Der Fahrmotor 10 weist weiterhin eine Fahrmotoraufhängung 22 auf, über
welche der Fahrmotor 10 gelenkig an einem Querträger 4 angebunden
sein kann.
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3 zeigt
beispielhaft einen Radsatz 7 mit einem achsreitenden Antrieb 9 in
einer Draufsicht nach dem Stand der Technik.
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Im
Beispiel der 3 ist der Fahrmotor 10 über
Fahrmotoraufhängungen 29 an einem nicht dargestellten
Querträger 4 befestigt. Der Fahrmotor 10 treibt über
eine Motorwelle 25 und über eine nachfolgende
Zahnkupplung 26 eine mit dem Kleinrad 23 verbundene
Getriebeeingangswelle 27 an. Das Kleinrad 23 treibt
ein fest mit der Radsatzwelle 8 drehfest verbundenes Großrad 24 an.
Das nicht weiter bezeichnete Gehäuse des Antriebes 11 ist
mit einem im Vergleich zum Tatzlagerrohr 20 in 2 beispielhaft
kürzeren Tatzlagerrohr 20 verbunden.
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4 zeigt
beispielhaft einen Längsschnitt durch ein Fahrwerk 1 mit
zwei pendelnd mit einem Querträger 4 verbundenen
Tatzlagerantrieben 9 in einer Prinzipdarstellung nach dem
Stand der Technik. Die beiden Fahrmotoren 10 sind mit einem
koaxial zur jeweiligen Radsatzwelle 8 drehbar gelagerten Tatzlagerrohr 20 verbunden.
Im Fahrwerk 1 kann alternativ nur ein angetriebener Radsatz 7 aufgenommen
sein. Es können auch mehrere angetriebene Radsätze 7 aufgenommen
sein, wie z. B. drei oder vier. Neben den angetriebenen Radsätzen 7 können auch
antriebslose Radsätze 7 im Fahrwerk 1 angeordnet
sein. Die Radsätze 7 können Starrradsätze oder
Losradsätze sein.
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Im
Beispiel der 4 verläuft der Längsschnitt
durch die geometrische Mitte des Fahrwerkes 1. Die Bildebene
gemäß 4 entspricht daher der Längsschnittebene
LSE. Die Längsschnittebene LSE verläuft senkrecht
zu einer Schienenebene SE. Eine durch diese Mitte senkrecht verlaufende
Achse ist zugleich die Spiegelachse des Fahrwerkes 1. Mit „senkrecht"
ist eine parallele Richtung zur Flächennormalen der Schienenebene
SE bezeichnet, auf der das gezeigte Fahrwerk 1 steht.
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5 zeigt
beispielhaft einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes
Fahrwerk 1 mit einem im Fahrwerkrahmen 2 mittig
angeordneten und über zwei Zug-/Druckelemente 41, 42 mit
einem Lok- oder Wagenkasten 16 verbundenen Querträger 4 in
einer Prinzipdarstellung.
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Erfindungsgemäß ist
der Querträger 4 mit jeweils zumindest einem an
einer Oberseite OS und an einer Unterseite US des Querträgers 4 gelenkig
verbundenen Zug-/Druckelement 41, 42 mit dem Lok- oder
Wagenkasten 16 gelenkig verbindbar. Die dargestellten Zug-/Druckelemente 41, 42 sind
vorzugsweise starre Zug-/Druckstangen. Dadurch können in den
Querträger 4 eingeleitete Drehmomente DM sowie
Zug- und Druckkräfte FZ, FD mittels der erfindungsgemäßen
Anordnung direkt und unter Umgehung des Fahrgestellrahmens in den
Lok- oder Wagenkasten 16 eingeleitet werden.
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Weiterhin
ist mit dem Bezugszeichen LA eine Längssymmetrieachse LA
und mit QA eine Quersymmetrieachse des Querträgers 4 bezeichnet.
Es verläuft die Längssymmetrieachse LA in einer
Querschnittsebene QSE durch die Mitte des Fahrwerks 1. Weiterhin
ist der Querträger 4 derart im Fahrwerk 1 angeordnet,
dass die Quersymmetrieachse QA in einer Längsschnittebene
LSE durch die Mitte des Fahrwerks 1 verläuft.
Zur möglichst drehmomentfreien Weiterleitung der aus den
Radsatzaufstandspunkten eingeleiteten Zug- und Druckkräfte
FZ, FD verlaufen zudem die Längssymmetrieachse LA und die
Quersymmetrieachse QA des Querträgers 4 in einer
durch die Drehachsen RA der Radsatzwellen 8 verlaufenden
Ebene. Senkrechte Schnitte durch den Querträger 4 entlang
der Längssymmetrieachse LA sowie der Quersymmetrieachse
QA weisen zumindest überwiegend einen rechteckigen Querschnitt
auf.
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Die
in 5 gezeigten Zug-/Druckelemente 41, 42 weisen
jeweils ein erstes Ende 41a, 42a auf. Zweite Enden 41b, 42b bilden
mit einem lok- oder wagenkastenseitigen und nicht weiter dargestellten Lager
jeweils ein Gelenk 47, 48. Weiterhin ist je ein Lagerbock
bzw. eine Konsole 43, 44 an der Oberseite OS und
an der Unterseite US des Querträgers 4 angeordnet,
wobei die ersten Enden 41a, 42a der Zug-/Druckelemente 41, 42 mit
dem jeweiligen Lagerbock 43, 44 je ein Gelenk 45, 46 bilden.
Die zuvor beschriebenen Gelenke 45 bis 48 sind
vorzugsweise Sphärolager oder Kugelgelenke.
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Im
Beispiel der 5 sind die Gelenke 45, 46 sowohl
in einer Querschnittsebene QSE als auch in einer Längsschnittebene
LSE durch die Mitte des Fahrwerks 1 angeordnet. Die damit
gelenkig verbundenen Zug-/Druckelemente 41, 42 verlaufen
parallel zueinander und zudem spiegelbildlich zu der durch die Drehachsen
RA der Radsatzwellen 8 verlaufenden Ebene.
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Im
Fahrwerkrahmen 2 sind zwei Antriebe 9 mit je einem
Fahrmotor 10 und einem Getriebe 11 aufgenommen.
Bei den Antrieben 9 handelt es sich um Tatzlagerantriebe 9,
deren Fahrmotoren 10 mit einem koaxial zur Radsatzwelle 8 drehbar
gelagerten Tatzlagerrohr 20 verbunden sind. Jeder Fahrmotor 10 weist
zur Einleitung des von ihm bzw. vom Antrieb 9 stammenden
Drehmoments eine Drehmomentstütze 51 auf, welche
gelenkig mit dem Querträger 4 verbunden ist. Über
die Drehmomentstütze 51 können auch Bremsdrehmomente
in den Querträger 4 eingeleitet werden, die z.
B. von einer im Radsatz 7 angeordneten mechanischen Bremseinrichtung
stammen. Die gezeigten Drehmomentstützen 51 sind
mit der Unterseite US des Querträgers 4 gelenkig
verbunden.
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Alternativ
können im Fahrwerkrahmen 2 achsreitende Antriebe 9 mit
je einem Fahrmotor 10 und einem Getriebe 11 aufgenommen sein,
wobei die Fahrmotoren 10 dann insbesondere querelastisch mit
dem Querträger 4 verbunden sind. Es ist bei dieser
Antriebsvariante von besonderem Vorteil, wenn das eine Getriebe
eine gerade Getriebestufenzahl, insbesondere zweistufig, und das
andere Getriebe eine ungerade Getriebestufenzahl, insbesondere einstufig,
mit einem gleichen Übersetzungsverhältnis aufweist.
Dadurch kompensieren sich weitestgehend die von den beiden am Querträger 4 angebrachten Fahrmotoren 10 stammenden
Motordrehmomente. Zur Einleitung der von den Getrieben 11 stammenden
Drehmomente in den Querträger 4 ist an jedem achsreitenden
Getriebe 11 eine Drehmomentstütze angebracht,
die ihrerseits gelenkig mit dem Querträger 4 verbunden
ist.
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6 zeigt
beispielhaft ein erfindungsgemäßes Fahrwerk 1 in
einer konstruktiven Darstellung und in einer Draufsicht.
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Der
gezeigte Mittenquerträger 4 weist eine Längs-
und Quersymmetrieachse LA, QA, die in der Querschnittsebene QSE
bzw. in der Längsschnittebene LSE durch die (geometrische)
Mitte des Fahrwerks 1 angeordnet sind. Der Querträger 4 ist über zwei
Führungselemente 60 mit zwei Längsträgern 3 des
Fahrwerkrahmens 2 beweglich verbunden. An der Oberseite
OS des Querträgers 4 sind zudem Sekundärfedern 14 angeordnet.
Diese dienen zur Federung des nicht dargestellten „darüberliegenden"
Lok- oder Wagenkastens 16.
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In
der projizierten geometrischen Fahrwerksmitte befindet sich auf
der Oberseite OS des Querträgers 4 ein Lagerbock 43,
mit dem das obere Zug-/Druckelement 41 gelenkig verbunden
ist. Das andere Ende des oberen Zug-/Druckelements 41 ist gleichfalls
gelenkig mit einem nur ansatzweise dargestellten Lok- oder Wagenkasten 16 verbunden. Das
untere Zug-/Druckelement 42, welches horizontal parallel
zum oberen Zug-/Druckelement 41 angeordnet ist, ist in
dieser Darstellung durch das obere Zug-/Druckelement 41 verdeckt
und daher nicht sichtbar. In der konstruktiven Ausgestaltung des
gezeigten Fahrwerkes 1 sind die Zug-/Druckelemente 41, 42 als
Zug-/Druckstangen ausgebildet.
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Im
Fahrwerk 1 sind zwei Tatzlagerantriebe 9 mit je
einem Fahrmotor 20 und einem Getriebe 11 aufgenommen.
Die Fahrmotoren 10 sind zum einen fest mit einem Tatzlagerrohr 20 verbunden,
wobei das Tatzlagerrohr 20 koaxial zur Radsatzwelle 8 gelagert
ausgeführt ist. Zwischen der Radsatzwelle 8 und
dem Tatzlagerrohr 20 sind je zwei Tatzlager 21 angeordnet,
welche mit den Radsatzlagern 6 je eine integrale Baueinheit
bilden. Zum anderen sind die beiden Fahrmotoren 10 über
je eine Drehmomentstütze 51 zur Einleitung der
fahrmotor- bzw. antriebsseitigen Drehmomente gelenkig an den Seitenbereich
des Querträgers 4 angebunden. Die Drehmomentstützen 51 sind
zudem über je ein Pendel 55 gelenkig mit dem Querträger 4 verbunden,
welche jedoch in der vorliegenden Darstellung nicht sichtbar sind.
Die Drehmomentstützen 51 sind in den nachfolgenden 7 und 8 im
Detail dargestellt. Des Weiteren sind die Radsätze 7 über
Radsatzlenker 49 mit dem Querträger 4 verbunden.
Die Radsatzlager 6 können, wie in 6 gezeigt,
beispielhaft über als Zylinderfedern ausgeführte
Primärfedern 13 gegenüber dem jeweiligen
Radsatzlenker 49 gedämpft sein.
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Im
Beispiel der 6 weist der Querträger 4 eine
maximale Breite QB auf. In der projizierten Darstellung des Fahrwerks 1 liegt
der Querträger 4 in der Längserstreckung
LR des Fahrwerks 1 gesehen zwischen den Radsätzen 7.
Mit AR ist der Abstand der Drehachsen RA der Radsatzwellen 8 zueinander,
mit AB der Abstand von der Längssymmetrieachse LA des Querträgers 4 zur
Lagerachse des Gelenks 52 in der Längserstreckung
LR des Fahrwerks 1 bezeichnet. Das Verhältnis
der Abstands AB zur maximalen Breite QB des Querträgers 4 beträgt
weniger als 1/2. Insbesondere weist das Verhältnis einen
Wert in einem Bereich von 1/4 bis 1/3 auf, so dass eine nahezu drehmomentfrei
Einleitung der fahrmotor- bzw. antriebsseitigen Drehmomente in den
Querträger 4 erfolgen kann. Hier ist eine möglichst
nahe Einleitung der Drehmomente in Bezug auf die Längssymmetrieachse
LA des Querträgers 4 wünschenswert.
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Weiterhin
sind im Beispiel der 6 die Radsatzlager 6 im
Fahrwerkrahmen 2 zur Verbesserung der Laufeigenschaften
des gezeigten Fahrwerks 1 jeweils mittels eines Radsatzlenkers 49 mit
dem Querträger 4, insbesondere seitlich mit dem
Querträger 4, verbunden.
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7 zeigt
eine Schnittdarstellung durch das Fahrwerk 1 gemäß 6 entlang
der in 6 eingetragenen Schnittlinie VII-VII.
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Im
rechten Teil der 7 sind die beiden übereinander
angeordneten und parallel zur Schienenebene SE angeordneten Zug-/Druckstangen 41, 42 zu
sehen. Mit dem Bezugszeichen FZ ist eine an der Radsatzwelle 8 wirkende
Zugkraft bezeichnet, die durch die Antriebe 9 bewirkt wird.
Mit dem Bezugszeichen FD ist eine an der Radsatzwelle 8 wirkende
Druckkraft bezeichnet, die in entgegengesetzter Richtung zur Zugkraft
FZ wirkt. Mit dem Bezugszeichen DM ist das an der jeweiligen Radsatzwelle 8 wirkende
Antriebsmoment bezeichnet. Die Zug- und Druckkraft FZ, FD sind je
nach Fahrtrichtung des Fahrwerkes insbesondere Antriebskräfte
bzw. Bremskräfte der Antriebe 9. Wie die 7 weiter zeigt,
können das Drehmoment DM sowie die Längskräfte
FZ, FD über die beiden Zug-/Druckstangen 41, 42
zumindest nahezu vollständig in den Lok- oder Wagenkasten 16 eingeleitet
werden.
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In
dieser Darstellung ist die gelenkige Anbindung der Fahrmotoren 10 über
je eine Drehmomentstütze 51 und über
je ein Pendel 55 im Seitenbereich des Querträgers 4 gut
erkennbar.
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8 zeigt
eine Schnittdarstellung durch den Querträger 4 entlang
der in 6 eingetragenen Schnittlinie VIII-VIII in einer
vergrößerten Darstellung.
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In
dieser Darstellung ist erkennbar, dass je eine Konsole 56 im
Seitenbereich des Querträgers 4 angeordnet ist.
Das obere Ende der Pendel 55 ist gelenkig in der Konsole 56 aufgenommen,
während das untere Ende der Pendel 55 gelenkig
mit der Drehmomentstütze 51 des jeweiligen Fahrmotors 10 verbunden
ist. Die pendelnde Anbindung erlaubt in einem gewissen Maße
einen fahrdynamischen Ausgleich von Querbewegungen des Fahrmotors 10.
Somit sind nur Teile der Antriebsmassen in vertikaler Richtung am
Querträger 4 primär aufgehängt.
Sie zählen daher nicht zu dem ungefederten Teil der Radsatzmassen.
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Weiterhin
ist in der 8 die Anbindung der Radsatzlenker 49 im
seitlichen Bereich des Querträgers 4 zu sehen.
Die Radsatzlenker 49 können mittels eines vergleichsweise
steifen Verbindungselementes, wie z. B. eines Gummi-Metall-Elementes, mit
dem Querträger 4 verbunden sein.
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9 zeigt
eine Schnittdarstellung durch den Querträger 4 in
einer vergrößerten Darstellung entsprechend einer
alternativen Ausführungsform des Fahrwerkes.
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Wie 9 zeigt,
ist je ein Lagerbock 43, 44 zur gelenkigen Anbindung
der Zug-/Druckelemente 41, 42 an der Ober- und
Unterseite OS, US des Querträgers 4 angeordnet.
Es ist zudem zwischen dem unteren Lagerbock 44 und den
Drehmomentstützen 51 jeweils ein Zugkraftlenker 57 gelenkig
angeordnet. Die Zugkraftlenker 57 weisen eine Längsachse auf,
welche jeweils in einer Längsschnittebene durch die Mitte
des Fahrwerks 1 verlaufen. Sie sind weiterhin parallel
zu einer durch die Drehachsen der Radsatzwellen verlaufenden Ebene
und zwischen der Unterseite US des Querträgers 4 und
dem unteren Zug-/Druckelement 42 bzw. der unteren Zug-/Druckstange 42 angeordnet.
Bei einer derartigen Anordnung der Zugkraftlenker 57 resultieren
vergleichsweise geringe Biegemomente infolge der Zug- und Bremskräfte
um die Hochachse des Querträgers 4 im Vergleich
zur Einleitung dieser Kräfte über die Radsatzlenker 49.
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Wie 9 weiter
zeigt, weist jedes Ende der beiden gezeigten Zugkraftlenker 57 ein
Gelenk 58, 59 auf. Die Gelenke 58, 59 können
beispielsweise ein Sphärolager, ein Kugellager oder auch
eine Gummi-Metall-Element sein.
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Vorzugsweise
sind die Radsatzlenker 49 parallel zu den Zugkraftlenkern 57 angeordnet.
Durch die kräftemäßige Aufteilung können
die Radsatzlenker 49 im Vergleich zur Lösung ohne
Zugkraftlenker 57 hinsichtlich der Anbindung an den Querträger
weicher ausgeführt werden. Dies ist hinsichtlich der Bogenfahrt
des Fahrwerks 1 lauftechnisch günstiger.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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