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Die Erfindung betrifft ein dreiachsiges Drehgestell mit einem aus drei Rahmenelementen ausgebildeten geteilten Rahmen für Schienenfahrzeuge, insbesondere für Güterwagen. Das Drehgestell umfasst einen Mittelradsatz und zwei Endradsätze, deren Lage zur besseren Kurvengängigkeit und zum Ausgleich von Unregelmäßigkeiten der Gleislage zueinander veränderbar ist.
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Das Drehgestell hat die Funktion, die beim Tragen und Führen des Wagenkastens sowie die beim Abbremsen und gegebenenfalls Antreiben entstehende Kräfte und Momente vom Wagenkasten auf die Aufstandsflächen der Räder zu übertragen. Die wesentlichen Gründe für den Einsatz von Drehgestellen anstelle von fest montierten Starrachsen bei Schienenfahrzeugen, mit insbesondere längerer Ausführung, sind zum einen die bessere Kurvengängigkeit und zum anderen die Möglichkeit des Anbringens einer zusätzlichen Federstufe, die eine zusätzliche Entkopplung des Wagenkastens von den Unregelmäßigkeiten der Gleislage darstellt, wobei speziell Drehgestelle von Güterwagen zumeist lediglich eine Federstufe aufweisen. Die bessere Kurvengängigkeit bewirkt bessere Laufeigenschaften, die zu einem höheren Fahrkomfort und zu einer höheren Sicherheit gegen Entgleisung führen.
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Die von den Rädern auf die Schienen übertragenen Querkräfte können bei der Kurvendurchfahrt eines Schienenfahrzeuges sehr groß werden, was zu erhöhtem Verschleiß der Räder und der Schienen sowie einer starken Beanspruchung der Radsatzachsen und der Achslager führt. Diese Nachteile werden im Stand der Technik mit Drehgestellen, insbesondere mehrteiligen Drehgestellen, weitestgehend behoben. Die bekannten Drehgestelle sind derart ausgebildet, dass sich die Radachsen oder Räder bei Kurvendurchfahrten in ihrer Laufrichtung dem Kurvenradius der Schiene anpassen. Einzelne Komponenten des Drehgestells sind dabei um die vertikale Achse, auch als Hochachse bezeichnet, beweglich.
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Bei gattungsgemäßen dreiachsigen Drehgestellen, insbesondere von Güterwagen, Reisezugwagen und Triebfahrzeugen, werden die drei Radsätze jeweils an einem Rahmenelement gelagert. Der Radsatz, bestehend aus zwei Rädern, die beispielsweise verdrehsteif über eine Radsatzwelle miteinander verbunden sind oder als Losradsatz ausgebildet sind, trägt und führt das Schienenfahrzeug auf dem Gleis und überträgt die Antriebskräfte und Bremskräfte vom Fahrzeug auf das Gleis.
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Bei Drehgestellen mit drei Radsätzen treten weiterhin sehr große zu einem hohen Verschleiß führende Kräfte zwischen den Rädern und den Schienen auf. Da ein Drehgestell mit drei Radsätzen zumeist länger ist als ein Drehgestell mit lediglich zwei Radsätzen, ist auch der Abstand der beiden äußeren Radsätze des dreiachsigen Drehgestells größer als bei einem zweiachsigen Drehgestell. Das dreiachsige Drehgestell weist damit größere Anlaufwinkel der Räder an den Schienen bei Bogenfahrten auf.
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Bei Bogenfahrten treten zwischen Rad und Schiene Gleitbewegungen auf, welche in Längsgleitbewegungen und Quergleitbewegungen unterschieden werden. Die Längsgleitbewegungen sind dabei aufgrund der Differenz der Rollradien zwischen den Rädern eines Radsatzes nicht zu verhindern. Die Quergleitbewegungen entstehen infolge der Schrägstellung des Radsatzes in Bezug auf das Gleis, das heißt den Anlaufwinkel. Die großen Anlaufwinkel führen zu starken Quergleitbewegungen mit entsprechend hohen Reibkräften und einem hohen Verschleiß.
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Die Gleiskräfte und der Verschleiß sind durch radiales Einstellen der äußeren Radsätze zu vermindern. Dabei richten sich die Radsätze nach dem Mittelpunkt des Schienenbogens aus. Der Anlaufwinkel der Räder wird verringert. Die Radsätze sind infolge der Geometrie von Radprofil und Schiene bestrebt, eine radiale Stellung einzunehmen.
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Im Stand der Technik sind sowohl dreiachsige Drehgestelle mit einteiligem Rahmen als auch dreiachsige Drehgestelle mit dreiteiligem Rahmen bekannt. Bei Drehgestellen mit dreiteiligem Rahmen ist jeder Radsatz einzelnen in einem Rahmenteil gelagert. Die Rahmenteile sind beweglich miteinander verbunden. Durch die gelenkige Verbindung der Rahmenteile wird die Durchfahrt durch Gleisbögen verbessert. Allerdings lässt sich das Drehgestell beim Durchfahren der Gleisbögen nicht als gesamtes Drehgestell steuern.
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Ein diesbezüglich weiterentwickeltes Drehgestell mit drei Radsätzen für Schienenfahrzeuge geht beispielsweise aus der
DE 1 292 157 A hervor. Bei diesem Drehgestell ist zwischen den einzelnen Radsätzen eine Federvorrichtung angeordnet. Die Vorspannung der Federvorrichtung ermöglicht eine parallele Stellung der Radsätze bis zu einem bestimmten Spurkranzdruck. Beim Überschreiten des Spurkranzdruckes wird ein horizontales Verschwenken der Radsätze zugelassen. Dadurch wird eine kurvengerechte Steuerung des Drehgestells als Ganzes ermöglicht.
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Auch in der
DE 2 123 115 wird ein mehrachsiges Drehgestell für Bahnfahrzeuge mit großem Gesamtradstand beschrieben. Das Drehgestell weist in Längsrichtung außen angeordnete einstellbare Radsätze auf, die jeweils lenkbar ausgebildet sind. Die Außenradsätze sind dabei jeweils um einen Schwenkpunkt schwenkbar und nehmen beim Schwenken diejenigen Seitenneigungen an, die die Gleiskrümmung und die ungleiche Höhenlage der Gleise bedingen.
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Des Weiteren ist aus dem Stand der Technik ein in den 1a, 1b dargestelltes, dreiachsiges Drehgestell 1 mit einem mehrteiligen Rahmen bekannt. In 1a ist das Drehgestell in einer Seitenansicht und in 1b als Teildarstellung in Draufsicht gezeigt. Der Rahmen des Drehgestells 1 weist auf jeder Längsseite zwei Längsträger 7 auf, welche jeweils die Last eines Radsatzlagers eines Endradsatzes 20a, 20b sowie die halbe Last eines Radsatzlagers des Mittelradsatzes 18 aufnehmen. Die auf den Längsseiten gegenüberliegenden Längsträger 7 sind mit jeweils einem Querträger 5 paarweise miteinander gekoppelt, sodass zwei Querträger 5 die vier Längsträger 7 miteinander verbinden, wobei zwei durch einen Querträger 5 gelenkig koppelte Längsträger 7 einen Halbrahmen bilden. Die parallel zueinander angeordneten Querträger 5 sind wiederum über zwei Seitenträger beweglich miteinander verbunden, welche in Höhe der Quermittelachse des Drehgestells mit einem weiteren Querträger untereinander starr gekoppelt sind. Der auf der Quermittelachse ausgerichtete Querträger weist auf der Oberseite und auf der Längsmittelachse des Drehgestells eine Drehpfanne 13 zur Aufnahme des Wagenkastens auf. Damit umfasst der mehrteilige Rahmen mit vier Längsträgern 7, zwei Querträgern 5 und dem starren Element mit Drehpfanne 13 sieben an acht Verbindungsstellen beweglich miteinander verbundene Rahmenelemente. Zum einen unterliegen die acht Gelenke des Drehgestellrahmens einem hohen Verschleiß und erfordern damit einen großen Wartungsaufwand. Zum anderen ermöglichen die gelenkigen Verbindungen zwar eine Querverschiebung der Radsätze und damit einen Versatz quer zur Fahrtrichtung x, allerdings keine radiale Einstellung der Radsätze bezüglich eines gekrümmten Gleisverlaufes. Das Drehgestell nach den 1a, 1b erlaubt somit eine parallele Verschiebung der Radsätze jedoch keine Verdrehung bezüglich der Hochachse.
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Den im Stand der Technik bekannten Drehgestellen ist zueigen, dass sie konstruktiv aufwendig gefertigt sind und einen hohen Wartungsaufwand erzeugen. Zudem gestatten sie beim Durchfahren eines Gleisbogens keine oder nur eine unzureichende radiale Einstellung der Radsätze und verursachen dadurch einen großen Radverschleiß sowie Schienenverschleiß, einhergehend mit einer hohen Lärmbelästigung.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein dreiachsiges Drehgestell zur Verfügung zu stellen, dass insbesondere beim Durchfahren von Gleisbögen einen minimalen Verschleiß der Räder sowie der Schienen verursacht. Zudem sind die Geräuschemissionen im Vergleich zu herkömmlichen Drehgestellen zu verringern. Die Konstruktion und die Wartung sollen im Gegensatz zu den zum Stand der Technik gehörenden Drehgestellen weniger aufwendig und weniger kostenintensiv sein.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein dreiachsiges Drehgestell für Schienenfahrzeuge gelöst. Das Drehgestell umfasst einen aus drei Rahmenelementen geteilt ausgebildeten Rahmen sowie einen Mittelradsatz und zwei Endradsätze. Die zwei Räder eines Radsatzes sind dabei beispielsweise über eine Radsatzwelle verdrehsteif miteinander verbunden oder als Losradsatz ausgebildet.
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Zwei Rahmenelemente weisen jeweils einen mit einem Längsträger verbundenen Querträger auf. Der Längsträger ist dabei mit einem freien Längsträgerende ausgebildet. Die jeweils mit einem Endradsatz verbundenen Rahmenelemente, die auch als Halbrahmen bezeichnet werden, sind mit den Längsträgerenden zueinander ausgerichtet angeordnet. Die freien Längsträgerenden der Rahmenelemente sind konzeptionsgemäß jeweils über Radsatzfedern und ein Radsatzlager mit dem Mittelradsatz kugelgelenkig, insbesondere um eine Drehachse drehbeweglich, gekoppelt.
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Die Rahmenelemente sind zudem über eine Drehpfanne jeweils mit dem dritten Rahmenelement kugelgelenkig verbunden. Mittels der Drehpfanne wird dabei insbesondere eine um eine Hochachse des Drehgestells drehbewegliche Verbindung bereitgestellt, wobei das Verdrehen um die Hochachse eine Bewegung bei Bogeneinfahrten und Bogenausfahrten darstellt. Zusätzlich ermöglicht die Drehpfanne bei Kuppenfahrten, Wannenfahrten oder Fahrten über vertikale Gleislagefehler auch eine Verdrehung um die horizontale Achse quer zur Fahrtrichtung und ein Wanken als Drehbewegung um die horizontale Achse in Fahrtrichtung.
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Nach der Konzeption der Erfindung sind die Rahmenelemente mit den Endradsätzen zueinander und in Bezug auf den Mittelradsatz sowie in Bezug auf das dritte Rahmenelement verdrehbar ausgebildet. Das dreiachsige Drehgestell gewährleistet durch die Kopplung der Bewegungen der Radsätze eine radiale Einstellung der Radsätze. Die Radialeinstellung der Radsatzachsen bezieht sich auf die Hochachse des Drehgestells, insbesondere auf eine dem Kurvenverlauf angepasste Führung um die Hochachse. Damit wird ein problemloses Befahren von Gleisbögen mit einer optimierten Kurvengängigkeit ermöglicht.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen die zwei Rahmenelemente jeweils einen äußeren Querträger und einen inneren Querträger auf, welche über einen Längsholm und den Längsträger miteinander verbunden sind. Der äußere Querträger ist in Fahrtrichtung auf der Außenseite des Drehgestells angeordnet, während der innere Querträger in Richtung des Mittelradsatzes ausgerichtet ist.
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Der äußere Querträger und der innere Querträger sind bevorzugt in Richtung der Quermittelachse des Drehgestells, welche sich in Fahrtrichtung erstreckt, und parallel zueinander angeordnet. Der Längsholm und der Längsträger sind dagegen in Richtung der Längsmittelachse, welche quer, insbesondere senkrecht zur Fahrtrichtung, ausgerichtet ist, und parallel zueinander angeordnet.
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Der Längsholm ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung an einem ersten Ende mit einem ersten Ende des äußeren Querträgers und an einem zweiten Ende mit einem ersten Ende des inneren Querträgers verbunden ist. Die zweiten Enden der Querträger sind mit dem Längsträger gekoppelt.
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Die Querträger sind mit dem Längsholm und dem Längsträger, einen geschlossenen rechteckigen Rahmen ausbildend, starr zusammengefügt. Der Endradsatz wird vorteilhaft innerhalb des Rahmens, um eine Drehachse des Endradsatzes drehbeweglich gehaltert. Die Radsatzlager beziehungsweise die Achslager und die Rahmenteile sind außerhalb der Radscheiben angeordnet, sodass es sich um ein außengelagertes Drehgestell handelt.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen die einen Endradsatz haltenden Rahmenelemente jeweils eine Längsverstrebung auf, welche sich parallel zum Längsträger erstreckt sowie zwischen dem Längsträger und dem Längsholm angeordnet ist. Die Längsverstrebung ist, ebenso wie der Längsholm und der Längsträger, starr mit den Querträgern verbunden. Die Längsverstrebung ist auf der Oberseite mit der Drehpfanne des Rahmenelementes versehen.
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Die starre Zusammenfügung der Querträger mit dem Längsholm, dem Längsträger und der Längsverstrebung ist bevorzugt als Schweißverbindung ausgebildet.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass das dritte Rahmenelement, auch als Traverse bezeichnet, aus parallel zueinander ausgerichteten Seitenträgern sowie parallel zueinander ausgerichteten Verbindungsträgern ausgebildet ist, welche in ihrer Kombination die Form eines Parallelogramms aufweisen. Zwischen den Seitenträgern ist parallel zu den Seitenträgern zudem ein Mittelträger vorgesehen. Auf der Oberseite des Mittelträgers ist eine weitere Drehpfanne angeordnet, welche das Verbindungselement zwischen dem Drehgestell und dem Wagenkasten darstellt. Die Seitenträger und der Mittelträger sind dabei schräg zur Längsmittelachse des Drehgestells angeordnet.
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Die Verbindungsträger sind bevorzugt senkrecht zur Längsmittelachse und damit in Richtung der Quermittelachse ausgerichtet sowie die Seitenträger und den Mittelträger verbindend ausgebildet.
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Von besonderem Vorteil ist, dass die Drehpfanne der Traverse als Verbindungselement zwischen dem Drehgestell und dem Wagenkasten im Schnittpunkt der Längsmittelachse und der Quermittelachse des Drehgestells angeordnet ist. Zudem sind die Drehpfanne der Traverse und die Drehpfannen der die Endradsätze haltenden Halbrahmen auf einer geraden Verbindungslinie angeordnet, wobei sich die Drehpfanne der Traverse mittig zwischen den Drehpfannen der Halbrahmen befindet. Die Abstände zwischen den benachbarten Drehpfannen sind gleich groß. Damit ist die von der Drehpfanne der Traverse vom Wagenkasten aufgenommene Kraft vorteilhaft gleichmäßig auf die Drehpfannen der Halbrahmen übertragbar.
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Die Drehpfannen der Halbrahmen sind nach einer Ausgestaltung der Erfindung wiederum jeweils im Schwerpunkt eines durch drei lastübertragende Radsatzlager der Halbrahmen ausgebildeten Dreieckes angeordnet. Die von der Drehpfanne der Halbrahmen aufgenommene Kraft ist damit vorteilhaft gleichmäßig auf die drei Radsatzlager der Halbrahmen, das heißt die zwei Radsatzlager eines Endradsatzes und ein Radsatzlager des Mittelradsatzes, übertragbar.
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Die Drehpfannen der Halbrahmen sind zudem bevorzugt in einer horizontalen Ebene sowie beabstandet zur Längsmittelachse und auf entgegengesetzten Seiten der Längsmittelachse des Drehgestells angeordnet.
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Von besonderem Vorteil ist, dass das dreiachsige Drehgestell einen vertikalen Lastausgleich beim Übertragen und gleichmäßigen Verteilen der vom Wagenkasten auf das Drehgestell und vom Drehgestell über die Radsätze auf die Schiene zu übertragenden Kräfte gewährleistet.
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Die Traverse überträgt dabei die Wagenlast gleichmäßig auf zwei Halbrahmen. Zudem wird die Last von der Traverse über die Drehpfanne im Zentrum der drei Radsatzlager auf jeden Halbrahmen übertragen und gleichmäßig aufgeteilt. Jeder der beiden Halbrahmen überträgt und verteilt die aufgenommene Last nunmehr auf einen zwei Radsatzlager aufweisenden Endradsatz und ein Radsatzlager des Mittelradsatzes.
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Um das Verdrehen der Halbrahmen gegeneinander nicht zu beeinflussen, werden bevorzugt Einzelradsatzbremsen verwendet werden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Traverse als drittes Rahmenelement, auf der Oberseite, insbesondere auf der Oberseite eines Seitenträgers, ein Gleitstück zum Abstützen des Wagenkastens auf. Die Drehpfanne der Traverse und das Gleitstück sind als Verbindungselemente vom Drehgestell zum Wagenkasten derart ausgebildet, dass ein Verdrehen des Wagenkastens bezüglich des dritten Rahmenelementes gewährleistet ist. Um den Wagenkasten gleichmäßig auf der Traverse, insbesondere der Drehpfanne und den Gleitstücken abzustützen, sind mehrere, bevorzugt zwei, Gleitstücke auf der Oberseite der Traverse angeordnet. Das zweite Gleitstück ist dabei vorteilhaft auf dem zweiten Seitenträger vorgesehen. Von Vorteil ist, wenn die zwei Gleitstücke und die Drehpfanne auf einer Linie, der Quermittelachse des Drehgestells, ausgerichtet sind. Damit ist der Wagenkasten beiderseits der Drehpfanne der Traverse auf der Traverse abstützbar.
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Die als drittes Rahmenelement ausgeführte Traverse ist auf der Unterseite zudem bevorzugt mit federnden Gleitstücken ausgebildet. Die vorteilhaft an den Eckpunkten der parallelogrammförmigen Traverse angeordneten, federnden Gleitstücke ermöglichen in Kombination mit den Drehpfannen der Halbrahmen die Traverse gegenüber den Halbrahmen kugelgelenkig zu lagern.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Radsätze jeweils mittels einer Federelemente aufweisenden Halterung am Rahmenelemente gehaltert angeordnet sind. Dabei ist ein Federelement als mechanisches Element und ein Federelement als hydraulisches Element, das heißt als hydraulischer Dämpfer, ausgebildet.
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Der dreigeteilte Rahmen des dreiachsigen Drehgestells mit den kugelgelenkig miteinander verbundenen Rahmenelementen hat gegenüber ungeteilten einteiligen Rahmen den Vorteil, dass die insbesondere bei Kurvendurchfahrten auf die Räder und damit die Rahmenelemente übertragenen Belastungen nicht zu Verspannungen der Rahmenstruktur führen.
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Die Rahmenelemente geteilter Drehgestellrahmen erfahren zudem beim Überqueren von Gleisverwindungen eine wesentlich geringere Eigenverwindung als einteilige Rahmen, was vorteilhaft die Belastung der Rahmenelemente verringert. Die Rahmenelemente sind dann nicht mehr für die Belastung hinsichtlich der Eigenverwindung auszulegen, können deutlich geringer dimensioniert werden und sind damit leichter. Das Passieren der Gleisverwindungen führt bei Fahrzeugen mit geteilten Drehgestellrahmen, im Gegensatz zu Fahrzeugen mit ungeteilten Rahmen, außerdem nicht oder nur zu geringen Änderungen der Radlasten, die wiederum die Ursache für Entgleisungen sein können. Die Ausführung des Drehgestells mit geteiltem Rahmen wird folglich bevorzugt bei schlechter Gleislage, beispielsweise bei Gleislage mit Verwindungen, eingesetzt.
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Zusammenfassend ist festzustellen, dass die erfindungsgemäßen Drehgestelle sowohl bei Durchfahrten durch große Gleisbögen als auch bei Überfahrten von Gleisverwindungen überwiegend reines Rollverhalten zeigen und die Bewegungsrichtung des Drehgestells beziehungsweise der Räder vorteilhaft an den Schienenverlauf angepasst ist. Die Kopplung der Querverschiebung des Mittelradsatzes mit der Radialeinstellung der Endradsätze bewirkt im Gleisbogen einen geringeren Radverschleiß und einen geringeren Schieneverschleiß sowie einen geringeren Rollwiderstand und einen leiseren Lauf. Bei der Verwendung von Losradsätzen anstelle von Radsätzen mit über eine Radsatzwelle verdrehsteif miteinander verbundenen Rädern werden Verschleiß, Rollwiderstand und Rollgeräusche weiter reduziert. Infolge der Dreipunktabstützung der Halbrahmen auf den Radsatzlagern werden die statischen Radlastunterschiede minimiert.
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Die erfindungsgemäßen Drehgestelle weisen damit eine höhere Entgleisungssicherheit und bessere Laufeigenschaften als herkömmliche dreiachsige Drehgestelle auf. Die drei Rahmenelemente sind konstruktiv einfacher aufgebaut als Elemente bekannter einteiliger Rahmen dreiachsiger Drehgestelle.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen ein dreiachsiges Drehgestell mit dreigeteiltem Rahmen:
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2: in perspektivischer Ansicht,
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3: in Draufsicht ohne Traverse als drittem Rahmenelement beim Durchfahren eines Gleisbogens und
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4: in Draufsicht ohne Traverse als drittem Rahmenelement.
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2 zeigt ein dreiachsiges Drehgestell 1 mit dreigeteiltem Rahmen in perspektivischer Ansicht.
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Das erste und das zweite Rahmenelement 2a, 2b, auch als erster und zweiter Halbrahmen 2a, 2b bezeichnet, umfassen jeweils einen äußeren Querträger 4, einen inneren Querträger 5 sowie einen Längsholm 6 und einen Längsträger 7. Die Querträger 4, 5 sind senkrecht zur Fahrtrichtung x, das heißt in Richtung der y-Achse und damit quer zur Fahrtrichtung, sowie parallel zueinander angeordnet. Der Längsholm 6 und der Längsträger 7 sind ebenfalls parallel zueinander allerdings in Fahrtrichtung x angeordnet, sodass die Querträger 4, 5 senkrecht zum Längsholm 6 und zum Längsträger 7 ausgerichtet sind. Der Längsholm 6 ist an seinem ersten Ende mit dem ersten Ende des äußeren Querträgers 4 und an seinem zweiten Ende mit dem ersten Ende des inneren Querträgers 5 jeweils starr verbunden. Der Längsholm 6 weist eine Länge auf, welche dem Abstand der Querträger 4, 5 in Fahrtrichtung x gleich ist.
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Die x-Achse entspricht der Achse in Fahrtrichtung, die y-Achse entspricht der Achse senkrecht beziehungsweise quer zur Fahrtrichtung. Sowohl die x-Achse als auch die y-Achse stellen Achsen in der horizontalen Ebene des Drehgestells 1 dar. Die Achse in z-Richtung ist die Hochachse des Drehgestells 1 und beschreibt die vertikale Richtung senkrecht zur horizontalen Ebene.
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Die zweiten Enden der Querträger 4, 5 sind jeweils starr mit dem Längsträger 7 verbunden, wobei das zweite Ende des äußeren Querträgers 4 mit dem ersten Ende des Längsträgers 7 gekoppelt ist. Das zweite Ende des inneren Querträgers 5 ist im mittleren Bereich der Längsausdehnung des Längsträgers 7 am Längsträger 7 angefügt, sodass der Längsträger 7 ein freies Längsträgerende 8 aufweist.
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Die Querträger 4, 5, welche sowohl mit dem Längsholm 6 als auch mit dem Längsträger 7 bevorzugt verschweißt sind, bilden in Verbindung mit dem Längsholm 6 und dem Längsträger 7 einen rechteckigen Rahmen, wobei der Längsträger 7 einerseits übersteht und der Überstand das freie Längsträgerende 8 bildet. Der rechteckige Rahmen ist dabei in der horizontalen Ebene des Drehgestells 1, welche von der x-Achse und der y-Achse aufgespannt wird, ausgerichtet.
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Innerhalb des geschlossenen rechteckigen Rahmens der Rahmenelemente 2a, 2b ist jeweils ein Radsatz 20a, 20b angeordnet, welche, bezogen auf das gesamte Drehgestell 1, jeweils einen äußeren Radsatz beziehungsweise einen Endradsatz 20a, 20b darstellen. Die Radsätze 20a, 20b sind an ihren Enden zum einen am Längsholm 6 und zum anderen am Längsträger 7 gehaltert. Jede Halterung weist eine Federung auf. Die Federung umfasst dabei drei Federelemente 23, 24, wobei zwei Federelemente 23 als Radsatzfedern 23 und ein Federelement 24 als hydraulischer Dämpfer 24 ausgebildet sind. Als Radsatzfedern 23 werden bevorzugt Gummikonusfedern eingesetzt, welche beiderseits der Enden des Radsatzes 20a, 20b angeordnet sind. Die Radsatzfedern 23 sind auf Höhe der Mittellinie der Achse des Radsatzes 20a, 20b befestigt. Als alternative Ausgestaltung werden auch Schraubenfedern mit Reibungsdämpfung eingesetzt.
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Die Halbrahmen 2a, 2b weisen zudem eine Längsverstrebung 9 auf, welche parallel zum Längsträger 7 und zum Längsholm 6 angeordnet und ebenfalls starr mit den Querträgern 4, 5 verbunden ist. Diese Verbindung ist auch bevorzugt als Schweißverbindung ausgebildet.
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Die Längsverstrebung 9 ist dabei außermittig der Längsmittelachse 26 des Drehgestells 1 und damit auch des Radsatzes 20a, 20b angeordnet. Die Längsverstrebung 9 ist mit einer Drehpfanne 16a, 16b versehen, welche als Auflage des dritten Rahmenelementes 3 ausgebildet ist.
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Das dritte Rahmenelement 3, auch als Traverse 3 bezeichnet, ist aus zwei parallel zueinander ausgerichteten Seitenträgern 10 und ebenfalls parallel zueinander ausgerichteten Verbindungsträgern 12 ausgebildet. Die Verbindungsträger 12 sind in y-Richtung und damit senkrecht zur Fahrtrichtung x beziehungsweise zur Richtung der Längsmittelachse 26 des Drehgestells 1 ausgerichtet und verbinden die schräg zur x-Achse angeordneten Seitenträger 10. Von den vier Verbindungsträgern 12 sind dabei jeweils zwei Verbindungsträger 12 an ihren Enden jeweils mit einem Ende eines Seitenträgers 10 starr verbunden, sodass die äußere Umrandung in Form des Parallelogramms ausgebildet ist. Zwei weitere Verbindungsträger 12 sind im Inneren der Umrandung der Traverse 3 derart angeordnet, dass ihre Enden jeweils mit einem Seitenträger 10 gekoppelt sind und eine größere Stabilität der Traverse 3 gewährleisten.
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Die Traverse 3 weist des Weiteren einen Mittelträger 11 auf, welcher wiederum parallel zu den Seitenträgern 10 ausgerichtet ist. Der Mittelträger 11 ist dabei mittig zwischen den Seitenträgern 10 angeordnet und ist ebenfalls starr mit den Verbindungsträgern 12 verbunden. Sämtliche Verbindungen zwischen den Seitenträgern 10, dem Mittelträger 11 und den Verbindungsträgern 12 sind bevorzugt geschweißt ausgeführt. Die Seitenträger 10, der Mittelträger 11 und die Verbindungsträger 12 spannen eine Ebene auf, die horizontal ausgerichtet ist und damit parallel zur von der x-Richtung und der y-Richtung definierten Ebene liegt.
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Die Traverse 3 weist in ihrem Schwerpunkt eine Drehpfanne 13 auf, die in z-Richtung und damit in horizontaler Richtung des Drehgestells 1 ausgerichtet ist. Die Drehpfanne 13 ist auf dem Mittelträger 11 mittig zwischen den zwei inneren Verbindungsträgern 12 angeordnet. Der Schwerpunkt der Traverse 3 entspricht dabei dem Schwerpunkt und dem Mittelpunkt des Drehgestells 1. Die Drehpfanne 13 dient als Verbindungselement 13 vom Drehgestell 1 zum Wagenkasten. Der Wagenkasten wird an der Drehpfanne 13 mit dem Drehgestell 1 montiert und zudem über Gleitstücke 14 auf der Traverse 3 abgestützt. Die Gleitstücke 14 sind in Höhe der Quermittelachse 28 auf den Seitenträgern 10 der Traverse 3 angeordnet. Die Drehpfanne 13 ermöglicht in Verbindung mit den Gleitstücken 14 ein Verdrehen des Wagenkastens bezüglich der Traverse 3.
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Die drei Rahmenelemente 2a, 2b, 3 sind beweglich derart miteinander gekoppelt, dass die Halbrahmen 2a, 2b über die Traverse 3 miteinander in Verbindung stehen. Die Traverse 3 ist an den Außenseiten bezüglich der x-Richtung und damit den äußeren Verbindungsträgern 12 an den Rahmenelementen 2a, 2b gehaltert. Jeder Halbrahmen 2a, 2b weist drei Verbindungsstellen 15 mit der Traverse 3 auf. Die Hauptverbindung wird über die Drehpfanne 16a, 16b sichergestellt, welche an der Längsverstrebung 9 des Halbrahmens 2a, 2b angeordnet ist. Die Traverse 3 ist am Verbindungspunkt vom äußeren Verbindungsträger 12 mit dem Mittelträger 11, und damit in der Mitte des äußeren Verbindungsträgers 12 bezüglich der y-Richtung, an der Drehpfanne 16a, 16b montiert. Um die seitliche Stabilität und ein Kippen der Traverse 3 gegenüber den Halbrahmen 2a, 2b zu verhindern, ist die Traverse 3 an den Endpunkten der äußeren Verbindungsträger 12 und damit den Eckpunkten der viereckigen Parallelogrammform zudem bevorzugt über federnde Gleitstücke 15 mit dem jeweiligen Halbrahmen 2a, 2b beweglich gehaltert. Die federnden Gleitstücke 15 dämpfen mittels Reibung die Ausdrehbewegungen und Schlingerbewegungen des Drehgestells 1 und ermöglichen in Kombination mit der Drehpfanne 16a, 16b ein Verdrehen innerhalb der in x-Richtung und y-Richtung aufgespannten horizontalen Ebene sowie ein leichtes Verkippen der Traverse 3 gegenüber den Halbrahmen 2a, 2b. Die seitlichen Gleitstücke 15, welche jeweils am Längsträger 7 zwischen der Traverse 3 und dem Halbrahmen 2a, 2b angeordnet sind, begrenzen das Wanken des Wagenkastens.
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Die Halbrahmen 2a, 2b nehmen jeweils die Last der beiden Radsatzlager der Endradsätze 20a, 20b sowie die Last eines Radsatzlagers des Mittelradsatzes 18 auf. Die Lasten der Radsatzlager der Endradsätze 20a, 20b werden dabei über die Halterungen, aufweisend die drei Federelemente 23, 24, einerseits an den Längsholm 6 und andererseits an den Längsträger 7 übertragen. Die Last des Radsatzlagers des Mittelradsatzes 18 wird ebenfalls vom Längsträger 7 aufgenommen. Der Mittelradsatz 18 ist dabei mit jeweils einem Radsatzlager ebenfalls über eine die drei Federelemente 23, 24 umfassende Halterung am freien Längsträgerende 8 des Längsträgers 7 am Halbrahmen 2a, 2b gehaltert angeordnet.
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Die Halbrahmen 2a, 2b sind mit dem Mittelradsatz 18 beziehungsweise den dazugehörigen Halterungen kugelgelenkig verbunden. Die in vertikaler und damit in z-Richtung ausgerichteten Drehachsen 19a, 19b verlaufen jeweils an den Enden des Mittelradsatzes 18 durch die Aufhängung am freien Längsträgerende 8 mittig zwischen den beiden Radsatzfedern 23. Damit wird ein Verdrehen der beiden Halbrahmen 2a, 2b mit den Endradsätzen 20a, 20b zueinander und in Bezug auf den Mittelradsatz 18 sowie die Traverse 3 gewährleistet. Die Beweglichkeit zwischen den Halbrahmen 2a, 2b und dem Mittelradsatz 18 wird durch die horizontale Weichheit der Federelemente 23 gewährleistet.
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Die Halbrahmen 2a, 2b sind damit zum einen über den Mittelradsatz 18 und zum anderen über die Traverse 3 kugelgelenkig, insbesondere um die Hochachse z des Drehgestells 1 drehbeweglich, miteinander verbunden. Die beweglichen Verbindungen gewährleisten eine radiale Einstellung der Radsätze 18, 20a, 20b zueinander.
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Die Drehpfannen 13, 16a, 16b sind dabei als Gelenkverbindungen, mit Axial-Gelenklagern vergleichbar, ausgebildet. Jeder Halbrahmen 2a, 2b ist um die jeweilige Drehpfanne 16a, 16b frei drehbar angeordnet. Die Bewegung wird durch die Anschläge der seitlichen, am Längsträger 7 zwischen der Traverse 3 und dem Halbrahmen 2a, 2b vorgesehenen, Gleitstücke 15 begrenzt. Die Räder eines Radsatzes 18, 20a, 20b können unterschiedliche Positionen in z-Richtung einnehmen.
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In 2 werden zudem die Bremselemente 22 der Endradsätze 20a, 20b in Ausbildung einer Bremsscheibe 22 deutlich. Die die Kraft ausübenden Bremsvorrichtungen werden an den Halbrahmen 2a, 2b über Haltevorrichtungen 21 angeordnet. Die Haltevorrichtungen 21 sind dabei beiderseits am inneren Querträger 5 ausgebildet, sodass alle Radsätze 18, 20a, 20b als gebremste Radsätze ausführbar sind. Nach einer alternativen Ausgestaltung werden Einzelradsatzbremsen mit Zylindern im Drehgestell 1 verwendet.
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In 3 wird das dreiachsige Drehgestell 1 mit dreigeteiltem Rahmen in Draufsicht ohne Traverse 3 als drittem Rahmenelement 3 beim Durchfahren eines Gleisbogens 25 dargestellt. Auf die Ansicht der Traverse 3 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.
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Beim Durchfahren eines Gleisbogens 25 werden die Halbrahmen 2a, 2b aufgrund der am Spurkranz auftretenden Kräfte um die Drehachsen 19a, 19b verdreht. Die Kraft am Spurkranz wird jeweils über die Radsätze 20a, 20b und die Halterungen auf die Längsholme 6 beziehungsweise Längsträger 7 an den Halbrahmen 2a, 2b übertragen. Die Verdrehung der Halbrahmen 2a, 2b bewirkt folglich eine Radialeinstellung R der Endradsätze 20a, 20b. Die Radialeinstellung R ist der Winkel, den die Endradsätze 20a, 20b in Bezug auf die Ausgangsstellung, das heißt die Stellung bei einer Geradeausfahrt beziehungsweise einer Fahrt auf einem geraden, ungebogenen Gleisstück, eingeschlagen werden. Die Radialeinstellung R entspricht damit einem vergleichbaren Lenkwinkel, wobei die Lenkung oder Verdrehung aufgrund am Spurkranz der Räder auftretenden Kräfte bewirkt wird. Die Radsätze 20a, 20b geben mit der automatischen Verdrehung den zu extremem Verschleiß der Räder und Schienen führenden Spurkranzkräfte nach.
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Die Halbrahmen 2a, 2b werden beim Durchfahren des Gleisbogens 25 auch bezüglich der nicht dargestellten Traverse 3 um die Drehachsen 17a, 17b verdreht. Die Drehachsen 17a, 17b verlaufen dabei in z-Richtung jeweils durch den Lager-Abstützpunkt 17a, 17b der Traverse 3 in Bezug auf die Halbrahmen 2a, 2b.
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Die Verdrehung der Halbrahmen 2a, 2b um die ortsfesten Drehachsen 19a, 19b zueinander und bezüglich des Mittelradsatzes 18 sowie um die ortsfesten Drehachsen 17a, 17b bezüglich der Traverse 3 bewirkt außerdem eine Querverschiebung V des Mittelradsatzes 18 in Bezug auf die Traverse 3 des Drehgestells 1. Das wird aus der Querverschiebung V der Drehpfanne 13, welche ortsfest mit der Traverse 3 verbunden ist, deutlich. Damit werden die Radsätze 18, 20a, 20b in Fahrtrichtung, also in x-Richtung, sowie quer zur Fahrtrichtung, also in y-Richtung, zueinander verschoben.
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4 zeigt das dreiachsige Drehgestell 1 mit dreigeteiltem Rahmen in Draufsicht ohne Traverse 3 als drittem Rahmenelement 3 in Geradeausfahrt beziehungsweise einer Fahrt auf einem geraden, ungebogenen Gleisstück. Die Radsätze 18, 20a, 20a sind parallel und in y-Richtung nicht versetzt zueinander ausgerichtet. Die Halbrahmen 2a, 2b sind gegeneinander nicht verdreht.
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Die Wagenlast wird über die Drehpfanne 13 als Verbindungselement zwischen dem Wagenkasten und dem Drehgestell 1 auf das Drehgestell 1, insbesondere die nicht dargestellte Traverse 3, übertragen. Die Wagenlast wird dabei im Mittelpunkt und damit im Schwerpunkt des Drehgestells 1 aufgenommen. Der Mittelpunkt wird im dargestellten Zustand des Drehgestells 1 durch den Schnittpunkt der Längsmittelachse 26 mit der Quermittelachse 28 definiert.
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Die Traverse 3 teilt die über die Drehpfanne 13 aufgenommene Last über die Drehpfannen 16a, 16b auf die zwei Halbrahmen 2a, 2b auf. Die Drehpfanne 13 der Traverse 3 und die Drehpfannen 16a, 16b der Halbrahmen 2a, 2b sind dabei auf einer Verbindungslinie 27a als Kraftverteilungslinie angeordnet, wobei die Drehpfanne 13 zu den Drehpfannen 16a, 16b den gleichen Abstand aufweist.
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Die Halbrahmen 2a, 2b übertragen die jeweils wirkende Last gleichmäßig auf die beiden Radsatzlager eines Endradsatzes 20a, 20b sowie auf ein Radsatzlager des Mittelradsatzes 18. Die die Kraft auf die Schiene übertragenden Radsatzlager sind durch die Verbindungslinien 27b, 27c miteinander verbunden gekennzeichnet.
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Die Drehpfannen 16a, 16b der Halbrahmen 2a, 2b sind zum gleichmäßigen Verteilen der Last dabei jeweils im Schwerpunkt des durch die drei lastübertragenden Radsatzlager der Halbrahmen 2a, 2b ausgebildeten Dreieckes angeordnet. 4 verdeutlicht, dass sich der Schwerpunkt des Dreiecks und damit die Anordnung der Drehpfannen 16a, 16b aus dem Schnittpunkt der Seitenhalbierenden des Dreiecks ergibt. Der Schwerpunkt entspricht als Zentrum dabei dem Ort, an dem die Masseverteilung eines Körpers beziehungsweise die Flächenverteilung einer Fläche einen Mittelwert aufweist. Die auf die drei Radsatzlager wirkenden Kräfte lassen sich in diesem Schwerpunkt vereinen. Die in dem Schwerpunkt angeordneten Drehpfannen 16a, 16b der Halbrahmen 2a, 2b sind dabei beabstandet zur Längsmittelachse 26 des Drehgestells 1 ausgebildet. Die Drehpfannen 16a, 16b sind auf einer gemeinsamen horizontalen Ebene aber auf entgegengesetzten Seiten der Längsmittelachse 26 angeordnet.
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Die gleichmäßige Lastverteilung vom Wagenkasten über die Drehpfanne 13 auf die Traverse 3, von der Traverse 3 über die Drehpfannen 16a, 16b auf die Halbrahmen 2a, 2b und von den Halbrahmen 2a, 2b über die Radsatzlager der Radsätze 18, 20a, 20b auf die Schiene wird sowohl bei Geradeausfahrten nach 4 als auch beim Durchfahren eines Gleisbogens 25 nach 3 sichergestellt.
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Wesentliche Vorteile des erfindungsgemäßen Drehgestells 1 liegen somit in der selbsttätigen Radialeinstellung R der Radsätze 20a, 20b, wobei die Lasten gleichmäßig auf alle Radsatzlager verteilt werden. Damit werden beim Befahren von Gleislagefehlern und Gleisverwindungen auftretende Rahmenbelastungen minimiert. Das führt zu einer Verminderung des Verschleißes von Rädern und Schiene sowie einer Verringerung der Emission von Geräuschen. Durch den zusätzlichen Einsatz von Gummikonusfedern als Verbindung zwischen den Radsätzen 18, 20a, 20b und dem Rahmen sowie der Verwendung von Scheibenbremsen werden die Fahrgeräusche des Drehgestells 1 weiter verringert und minimiert. Der Tragwerksaufbau des Drehgestells 1 ist zudem wesentlich einfacher als bei einem einteiligen Drehgestell.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehgestell
- 2a
- erster Halbrahmen, erstes Rahmenelement
- 2b
- zweiter Halbrahmen, zweites Rahmenelement
- 3
- drittes Rahmenelement, Traverse
- 4
- äußerer Querträger
- 5
- innerer Querträger
- 6
- Längsholm
- 7
- Längsträger
- 8
- freies Längsträgerende
- 9
- Längsverstrebung
- 10
- Seitenträger Traverse
- 11
- Mittelträger Traverse
- 12
- Verbindungsträger Traverse
- 13
- Verbindungselement, Drehpfanne
- 14
- Gleitstück
- 15
- Verbindungsstelle, federndes Gleitstück
- 16a
- Drehpfanne erster Halbrahmen
- 16b
- Drehpfanne zweiter Halbrahmen
- 17a
- Drehachse, Lager-Abstützpunkt erster Halbrahmen
- 17b
- Drehachse, Lager-Abstützpunkt zweiter Halbrahmen
- 18
- Radsatz, Mittelradsatz
- 19a
- Drehachse erster Halbrahmen/Mittelradsatz
- 19b
- Drehachse zweiter Halbrahmen/Mittelradsatz
- 20a
- Radsatz, Endradsatz erster Halbrahmen
- 20b
- Radsatz, Endradsatz zweiter Halbrahmen
- 21
- Haltevorrichtung
- 22
- Bremselement, Bremsscheibe
- 23
- Federelement, Radsatzfeder
- 24
- Federelement, hydraulischer Dämpfer
- 25
- Gleisbogen
- 26
- Längsmittelachse
- 27a, 27b, 27c
- Verbindungslinie
- 28
- Quermittelachse
- V
- Querverschiebung Mittelradsatz
- R
- Radialeinstellung Endradsatz
- A
- Abstand
- B
- Abstand
- x
- x-Achse, Fahrtrichtung
- y
- y-Achse, quer zur Fahrtrichtung
- z
- z-Richtung, Hochachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1292157 A [0009]
- DE 2123115 [0010]
