DE102014111863B4

DE102014111863B4 - Radachse mit einem Drehschwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE102014111863B4
Application number: DE102014111863.4A
Authority: DE
Inventors: Gert Fregien; Florian Knopf; Thierry Cabon; Markus Mali
Original assignee: Hasse and Wrede GmbH
Current assignee: Hasse and Wrede GmbH
Priority date: 2014-08-20
Filing date: 2014-08-20
Publication date: 2017-04-27
Anticipated expiration: 2034-08-21
Also published as: DE102014111863A1

Abstract

Radachse (1) mit mindestens einem Drehschwingungsdämpfer (4), der das Rollieren der Radachse (1) verhindert oder zumindest stark verringert, wobei der mindestens eine Drehschwingungsdämpfer (4) aus einer Primärmasse (5) und einer Sekundärmasse (6) besteht, wobei die Primärmasse (5) fest mit der Radachse (1) verbunden und die Sekundärmasse (6) als seismische Masse mit einer viskosen Flüssigkeit an die Primärmasse (5) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Drehschwingungsdämpfer (4) auf mindestens einem Rad (3) der Radachse (1) angebracht ist.

Description

Bei der Erfindung handelt es sich um eine Radachse mit mindestens einem Drehschwingungsdämpfer, der das Rollieren der Radachse verhindert oder zumindest stark verringert, wobei der mindestens eine Drehschwingungsdämpfer aus einer Primärmasse und einer Sekundärmasse besteht, wobei die Primärmasse fest mit der Radachse verbunden und die Sekundärmasse als seismische Masse mit einer viskosen Flüssigkeit an die Primärmasse gekoppelt ist.
Stand der Technik
Beim Beschleunigen oder Verzögern eines Zuges kann es unter ungünstigen Umständen zum sog. Rollieren der Radachsen kommen. Dies ist eine Drehschwingung einer Achse oder Welle, bei der beide Räder gegenphasig, also mit einem Phasenversatz von 180°, schwingen. Der Schwingungsknoten befindet sich dabei ungefähr in der Mitte der Achse oder Welle. Die Ursache für dieses Phänomen ist eine selbsterregte Schwingung, ausgelöst durch eine im Arbeitspunkt negative Steigung der technischen Reibkennlinie (Stick-Slip-Effekt). Auswirkungen des Rollierens sind große Reaktionsmomente an den Rädern. Diese können so groß werden, dass beispielsweise der Presssitz zwischen Rad und Welle überlastet wird und durchrutscht, so dass sich beide Teile dauerhaft gegeneinander verdrehen.
Gegen das Rollieren werden aktive und passive Elemente eingesetzt. Bei Antriebsrädern kommen diverse Antischlupfregelungen zum Einsatz, die aktiv die Antriebsenergie so regeln, dass das Antriebssystem außerhalb des kritischen Bereiches betrieben wird. Verschiedene Lösungen werden beispielsweise in der DE 31 35 613 C2 , der DE 44 02 152 C1 , der DE 44 35 775 C2 , der DE 600 25 055 T2 und der DE 10 2013 200 979 B3 beschrieben. Zusätzlich werden bei Bremssystemen vor allem Antiblockiersysteme eingesetzt, wie es beispielsweise die DE 35 31 653 A1 oder die WO 2010 069 512 A2 beschreiben.
Die aktiven Systeme haben den Nachteil, dass bei der Vermeidung des Rollierens die Antriebs- bzw. die Verzögerungsleistung des Systems herabgesetzt wird, um aus dem kritischen Arbeitsbereich, bei dem das Rollieren entstehen kann, herauszukommen.
Neben den aktiven Elementen gibt es auch passive Elemente wie Gummikupplungen in der Welle, wie es in der DD 22 94 64 A1 und der DD 29 04 58 A5 beschrieben ist. Auch sind Drehschwingungsdämpfer bekannt. In der AT 133 566 werden Fahrzeugräder mit elastischen Einlagen, die entweder zur federnden Unterstützung des Radkranzes oder zur elastischen Übertragung des Drehmomentes dienen, beschrieben. In der DE 23 37 771 C3 wird ein Rad, bestehend aus der Nabe, dem Radkranz und einer Zwischenlage mit einem V-förmigen Querschnitt aus elastischem Material, beschrieben. Durch die Zwischenlage wird gewährleistet, dass sich der Radkranz gegenüber der Radnabe um einen gewissen Betrag verdrehen kann.
In Kombination mit den aktiven Elementen erlauben die passiven Elemente, die Antriebs- bzw. Verzögerungsleistung weniger zu reduzieren und damit das System leistungsfähiger zu halten. Allerdings haben die bekannten passiven Elemente den Nachteil, durch den Einsatz von elastischen Brücken, Schwachstellen in das Antriebssystem bzw. in das Rad einzubauen, die den Verschleiß und damit die Betriebssicherheit reduzieren.
Eine Radachse der gattungsgemäßen Art ist beispielsweise aus der Entgegenhaltung 1 ( DE 10 2011 086 014 A1 ) bekannt. Diese Druckschrift zeigt eine Radachse (Abtriebswelle 7, 8) mit einem Drehschwingungsdämpfer (Dämpfungseinrichtung 2), der das Rollieren der Radachse verhindert oder zumindest stark verringert, wobei der mindestens eine Drehschwingungsdämpfer aus einer Primärmasse und einer Sekundärmasse besteht und die Primärmasse fest mit der Radachse verbunden und die Sekundärmasse als seismische Masse mit einer viskosen Flüssigkeit (Fluidkammer 11) an die Primärmasse gekoppelt ist.
Eine Radachse gemäß dem Gattungsbegriff ist auch aus den Entgegenhaltungen 2 ( WO 1993/023687 A1 ) und 3 ( DE 10 2011 086 013 A1 ) bekannt. Hier wird bezüglich der Entgegenhaltung 2 insbesondere auf die 1, 12, 16 mit der zugehörigen Beschreibung und bezüglich der Entgegenhaltung 3 insbesondere auf Anspruch 1, 1 und die Absätze [0055] und [0056] sowie 2 hingewiesen.
Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein passives Element zur Vermeidung des Rollierens von Eisenbahnachsen zu vereinfachen und zu verbessern.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird durch eine Radachse mit den Merkmalen der Ansprüche 1 oder 3 gelöst. Die Aufgabe wird nach Anspruch 1 dadurch gelöst, dass der mindestens eine Drehschwingungsdämpfer auf mindestens einem Rad der Radachse angebracht ist.
Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe besteht darin, dass der mindestens eine Drehschwingungsdämpfer in einem Rad der Radachse integriert ist.
Wird der mindestens eine Drehschwingungsdämpfer auf mindestens einem Rad der Radachse angebracht, ergibt sich der Vorteil, dass die Kontur der Radachse nicht sonderlich verändert wird. Eine derartige Konstruktion ist aber mit Vorteil sowohl für neue Radachsen wie auch für schon existierende Radachsen geeignet.
Wird nach der weiteren erfindungsgemäßen Lösung der mindestens eine Drehschwingungsdämpfer in einem Rad der Radachse integriert, ergibt sich der Vorteil, dass in das Rad lediglich die Sekundärmasse mit ihrem Kopplungsmedium, einer viskosen Flüssigkeit, eingebracht werden muss.
Wird eine Radachse mit einem Drehschwingungsdämpfer der beschriebenen Art ausgestattet, so sind keine weiteren passiven Dämpfungselemente, wie sie beispielsweise zum Stand der Technik beschrieben wurden, notwendig. Damit werden Schwachstellen im Antriebsstrang und in den Rädern vermieden, was den Verschleiß der Systeme reduziert und zu einer höheren Betriebssicherheit führt. Das mit den erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfern erzielte Vermeiden oder zumindest starke Reduzieren des Rollierens ermöglicht es, aktive Vermeidungssysteme weniger intensiv einsetzen zu müssen, und so die Leistungsfähigkeit von Antrieb bzw. Bremsen hochzuhalten und sie nicht zur Vermeidung des Rollierens herunter regeln zu müssen.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert werden.
Kurzbeschreibung der Figuren
Die 1 zeigt eine Radachse mit angebrachten Drehschwingungsdämpfern
Die 2 zeigt eine weitere Radachsenanordnung mit anmontierten Drehschwingungsdämpfern
Die 3 zeigt eine Radachse, bei der die Drehschwingungsdämpfer in dem Rad integriert sind.
Ausführungsbeispiele
Eine Ausführung einer Radachse 1 mit Drehschwingungsdämpfern 4 zeigt die 1. Die Radachse 1 besteht aus der Achse 2 und den an den Enden der Achse angebrachten Rädern 3. Auf der Achse 2 sind symmetrisch angeordnet zwei Drehschwingungsdämpfer 4 angebracht, die das Rollieren der Radachse 1 verhindern sollen. Der Drehschwingungsdämpfer 4 besteht aus einer Primärmasse 5, die fest an der Achse 2 befestigt ist, und einer Sekundärmasse 6, die als seismische Masse mit einer viskosen Flüssigkeit an die Primärmasse 5 gekoppelt ist. Bei dem Auftreten des Rollierens der Radachse 1 sorgt die Sekundärmasse 6 des Drehschwingungsdämpfers 4 zu einer Dämpfung der Eigenschwingung. Somit kann sowohl beim Beschleunigen, wie auch beim Verzögern die maximal mögliche Kraft an der Radachse 1 ansetzen, ohne dass das System Schaden nimmt oder die angreifende Kraft heruntergeregelt werden muss. Damit wird die Betriebssicherheit der Radachse 1 und damit des Zuges erhöht, da nur noch die Haftreibung den begrenzenden Faktor darstellt.
Die 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform zeigt eine Radachse 1, bei der die Drehschwingungsdämpfer 4 nicht an der Achse 2 sondern an den Rädern 3 angebracht sind. Da die Räder 3 die größte radiale Ausdehnung der Radachse 1 haben, wird durch die Befestigung der Drehschwingungsdämpfer 4 an den Rädern 3 die Kontur der Radachse 1 nicht sonderlich verändert. Da von den Rädern 3 durch den Stick-Slip-Effekt das Rollieren induziert wird, ist es sinnvoll, die Drehschwingungsdämpfer 4 direkt nahe der Quelle der Eigenschwingungen zu montieren und damit den Effekt der Dämpfung so groß wie möglich machen. Dies führt dazu, bei gleicher Effektivität des Drehschwingungsdämpfers 4, dass dieser kleiner dimensioniert werden kann.
Die bisher gezeigten Lösungen sind sowohl für neue Radachsen 1 wie auch für schon existierende Radachsen 1 geeignet. Die in 3 dargestellte Lösung ist vor allem für neue Radachsen 1, zumindest für neue Räder 3 geeignet. In die Räder 3 der Radachse 1 ist der Drehschwingungsdämpfer 4 integriert. In dem gezeigten Beispiel stellt das Rad 3 die Primärmasse (5) dar, an die über eine viskose Flüssigkeit die Sekundärmasse 6 gekoppelt ist. Hier muss also in das Rad 3 lediglich die Sekundärmasse 6 mit ihrem Kopplungsmedium, der viskosen Flüssigkeit, eingebracht werden.
In den Figuren werden paarweise angeordnete Drehschwingungsdämpfer 4 gezeigt, die symmetrisch an der Radachse 1 angebracht bzw. integriert sind. Dies soll die Erfindung nicht einschränken, denn durch das Anbringen von einem oder mehreren Drehschwingungsdämpfern 4 kann der Dämpfungseffekt ebenso erzeugt werden. Auch sind andere Anordnungen wie die in den Figuren gezeigten für die Drehschwingungsdämpfer 4 möglich. Dies gilt ebenso für die Größe und die entsprechenden Ausführungsformen der Drehschwingungsdämpfer 4. Beides muss an die vorgegebenen Bedingungen angepasst werden, um eine optimale Dämpfung zu erzielen.
Bezugszeichenliste

1: Radachse
2: Achse
3: Rad
4: Drehschwingungsdämpfer
5: Primärmasse
6: Sekundärmasse

Claims

Radachse (1) mit mindestens einem Drehschwingungsdämpfer (4), der das Rollieren der Radachse (1) verhindert oder zumindest stark verringert, wobei der mindestens eine Drehschwingungsdämpfer (4) aus einer Primärmasse (5) und einer Sekundärmasse (6) besteht, wobei die Primärmasse (5) fest mit der Radachse (1) verbunden und die Sekundärmasse (6) als seismische Masse mit einer viskosen Flüssigkeit an die Primärmasse (5) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Drehschwingungsdämpfer (4) auf mindestens einem Rad (3) der Radachse (1) angebracht ist.
Radachse (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, auf jedem Rad (3) der Radachse (1) ein Drehschwingungsdämpfer (4) angebracht ist.
Radachse (1) mit mindestens einem Drehschwingungsdämpfer (4), der das Rollieren der Radachse (1) verhindert oder zumindest stark verringert, wobei der mindestens eine Drehschwingungsdämpfer (4) aus einer Primärmasse (5) und einer Sekundärmasse (6) besteht, wobei die Primärmasse (5) fest mit der Radachse (1) verbunden und die Sekundärmasse (6) als seismische Masse mit einer viskosen Flüssigkeit an die Primärmasse (5) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Drehschwingungsdämpfer (4) in einem Rad (3) der Radachse (1) integriert ist.
Radachse (1) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Rad (3) der Radachse (1) ein Drehschwingungsdämpfer (4) integriert ist.