DE1605136B2 - Drehgestell für Schienenfahrzeuge - Google Patents

Description

Die bekannten Drehgestelle für Schienenfahrzeuge bestehen aus einem Rahmen, der einerseits die Aufgabe hat, die Radsätze zu führen und andererseits die Aufgabe, die Last des Wagenkastens, die meist durch die Wiege auf den Rahmen übertragen wird, weiter auf die Radsätze zu übertragen. Das Drehgestell selbst ist am Wagen drehbar befestigt, so daß es sich beim Durchfahren von Kurven in eine von der Wagenlängsachse abweichende Richtung einstellen kann. In der Regel sind die Achslager mit den Drehgestellen über Lenker und über Federn verbunden. Die Rahmen selbst sollen weitgehend ecksteif sein, damit die ständige Parallelität der Drehachsen der Radsätze gewährleistet ist. Andererseits muß der Rahmen aber in senkrechter Richtung zu den Achslagergehäusen nachgiebig sein, damit sich auch in den Fällen, in denen die Berührungspunkte der Räder mit den Schienen nicht mehr genau in einer Ebene liegen, wie dies beispielsweise beim Einfahren in eine Kurve der Fall ist, die Last möglichst gleichmäßig auf die vier Räder verteilt. Ferner soll ein Drehgestell möglichst alle den Fahrgast störende Bewegungen verhindern.

Zu diesen störenden Bewegungen zählen neben den durch die Schienenunebenheiten in horizontaler und vertikaler Richtung und durch die Fliehkraft hervorgerufenen Bewegungen auch diejenigen, die durch die Bauteile des Drehgestelles, z. B. Bremsen, Motore usw., verursacht werden.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Fahrgeschwindigkeit der Schienenfahrzeuge mit Drehgestellen wesentlich zu steigern, d. h. mit dem Drehgestell nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bei den künftig zu erwartenden größeren horizontalen und vertikalen Beschleunigungen noch gute Laufeigenschaften zu erzielen. Darüber hinaus soll die konstruktion des Drehgestelles so beschaffen sein," daß es über eine Laufstrecke von ungefähr 500 000 km außer der Berichtigung der Radreifenumrisse keinerlei, Wartung bedarf.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die beiden Aufgaben des Drehgestelles, einerseits die Radsätze zu führen und andererseits die Last auf die Radsätze zu übertragen, sind also zwei verschiedenen, weitgehend voneinander getrennten Organen übertragen worden. Rahmen und Längsträger stehen nur über die Achslager miteinander in Verbindung, so daß Schwingungen des Rahmens nicht auf die Längsträger übertragen werden. Andererseits hat der Rahmen nur sein eigenes Gewicht und das der an ihm befestigten Teile, aber nicht das Gewicht des Wagenkastens zu tragen; desfialb kann seine Konstruktion wesentlich leichter sein. Nur die Ecksteifheit muß berücksichtigt werden. Die durch den Rahmen geführten Radsatzlager sind zweckmäßig mit dem Rahmen durch Federn verbunden, die in senkrechter Richtung nachgiebig, in der Fahrtrichtung dagegen weitgehend unnachgiebig, also steif sind.

Bei bekannten Drehgestellen, deren Rahmen verwindungssteif ausgebildet ist, bewirkt die unterschiedliche Höheneinstellung der Radsätze zueinander, wie sie z. B. bei Befahren eines Gleisübergangsbogens auftritt, eine zusätzliche senkrechte Verformung der Achsfedern, deren senkrechte Steifigkeit vom Wagengewicht, der Zuladung und von der erforderlichen Nickfrequenz des Drehgestellrahmens bestimmt'wird. Da aber die Raddruckunterschiede, die bei einer unterschiedlichen Höheneinstellung der Radsätze auftreten, von der senkrechten Steifigkeit der Achsfedern abhängig sind, sind sie bei solchen Drehgestellen nur unter Inkaufnahme anderer Nachteile zu ändern. Bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten Drehgestell bleiben die zwischen dem Rahmen und den Achslagergehäusen angeordneten Federn sowohl vom Wagen- als auch vom Zuladungsgewicht vollkommen unbeeinflußt. Die zwangsläufig auch hier bei unterschiedlichen Höheneinstellungen der Radsätze auftretenden Raddruckunterschiede können deshalb sehr niedrig gehalten werden, was besonders im Hinblick auf höhere Fahrgeschwindigkeiten die Entgleisungssicherheit erhöht.

Die lastübertragenden Längsträger stützen sich auf den Radsatzlagern über Puffer ab, die in senkrechter Richtung und in der horizontalen Ebene nachgiebig sind. Auf diese Weise werden die senkrechten und horizontalen dynamischen Beanspruchungen der Längsträger stark reduziert.

Ein weiterer Vorteil des neuen Drehgestelles besteht darin, daß auch die Bremsen, mögen es nun Scheibenoder Klotzbremsen sein, am Rahmen angebracht werden können, so daß beim Bremsen entstehende Erschütterungen nicht auf die den Wagenkasten tragen-

den Längsträger übertragen werden.

Das neue Drehgestell ist sowohl als Laufdrehgestell als auch als Triebdrehgestell verwendbar. Bei der Verwendung als Triebdrehgestell ist das Drehgestell zweckmäßig nach Anspruch 5 ausgebildet.

Eine starre Führung der Radsätze ist im allgemeinen vorteilhaft, weil sie beim Sinuslauf eine sehr langgestreckte Sinuskurve ergibt, deren Schwingungsfrequenz bis zu verhältnismäßig hohen Geschwindigkeiten unter den Eigenfrequenzen des Wagens liegt. Bei sehr hohen Geschwindigkeiten kann aber bei einer sehr langgestreckten Sinuslinie die Eigenfrequenz des Wagens erreicht werden, so daß bei den hohen Geschwindigkeiten unangenehme und in vielen Fällen sogar gefährliche Schwingungen des Wagenkastens auftreten. Es ist deshalb bei solchen Fahrzeugen unter Umständen wünschenswert, die Sinuslinie wieder so weit zu verkürzen, daß die Resonanz des Wagenkastens bereits bei einer Geschwindigkeit auftritt, bei der die Schwingungen noch nicht gefährlich werden.

Beim Gegenstand der Erfindung kann eine solche Verkürzung der Sinuslinie dadurch erreicht werden, daß die Achslager gegenüber den sie führenden Rahmen in Fahrtrichtung wieder eine geringe Bewegungsmöglichkeit erhalten, und zwar nach Anspruch 6 insbe- sondere dadurch, daß mit dem die Radsätze führenden Rahmen Gehäuse verbunden sind, in denen die Achslager mittels Gummikörper gelagert sind, die in Fahrtrichtung eine stark progressive Charakteristik aufweisen. Auf diese Weise ist es möglich, mit einer weitgehenden Genauigkeit die Länge der Sinuslinie zu bestimmen und damit auch festzulegen, bei welcher Geschwindigkeit die Resonanz zwischen der Eigenschwingung des Wagenkastens und der Frequenz des Sinuslaufes eintritt. '

Ausführungsbeispiele des Drehgestelles sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform des Drehgestelles in Seitenansicht, :,

F i g. 2 das gleiche Drehgestell in der Draufsicht,

F i g. 3 und 4 die federnde Verbindung zwischen Rahmen und Achslager in Seitenansicht und Draufsicht,

F i g. 5 und 6 eine andere Ausführungsform der elastischen Verbindung zwischen Rahmen und Achslager ebenfalls in Seitenansicht und Draufsicht,

F i g. 7 die Draufsicht einer Ausführungsform des Drehgestelles als Triebdrehgestell mit einem beide Radsätze über Getriebe antreibenden Motor,

F i g. 8 eine weitere Ausführungsform eines Triebdrehgestelles mit die Radsätze einzeln antreibenden Tatzlagermotoren,

F i g. 9 ein Laufdrehgestell mit am Rahmen angeordneten Klotzbremsen in der Draufsicht,

Fig. 10 eine weitere Ausführungsform eines Laufdrehgestelles in Seitenansicht mit unterhalb der Radlager liegenden Längsträgern,

F i g. 11 eine Ausführungsform, bei der die Luftfedern durch Schraubenfedern ersetzt sind,

F i g. 12 im Schnitt quer zur Fahrtrichtung eine Ausführungsform eines Puffers zwischen Längsträger und Radsatzlager,

Fig. 13 im senkrechten Schnitt parallel zur Fahrtrichtung die Lagerung eines Achslagergehäuses mit Puffern, die in Fahrtrichtung eine stark progressive Federcharakteristik aufweisen.

Bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2 besteht der zur Führung der Radsätze dienende Rahmen aus den Querträgern 1 und den Langträgern 2, die so miteinander verbunden sind, daß sie ein ecksteifes Rechteck bilden. Die Querträger 1 sind über das Rechteck hinaus verlängert, und an diesen Verlängerungen sind über Federn 3 die Radsatzlager 4 mit dem Rahmen verbunden. Auf den Radsatzlagern 4 liegen über Puffer 5 die Längsträger 6 auf. Die Längsträger 6 sind in F i g. 2 strichpunktiert gezeichnet. Sie tragen über die Luftfedern 7 den nicht dargestellten Wagenkasten.

Wie die F i g. 1 und 2 erkennen lassen, sind der Querträger 1, der Langträger 2 und die Längsträger 6 miteinander nicht unmittelbar verbunden, sondern ^: nur durch die Radsatzläger 4. Die Puffer 5, die Güm'mimetallkörper sein können, sind in senkrechter und horizontaler Richtung elastisch, lassen also in diesen Richtungen eine Verschiebung der Längsträger 6 gegen die Radsatzlager 4 zu. Die Federn 3 sind in senkrechter Richtung weich, so daß sich die Radsatzläger 4 gegen den Querträger 1 und den Langträger 2 in senkrechter Richtung bewegen können, dagegen lassen diese Federn keine Verschiebungen in Fahrtrichtung und 'nur geringe Verschiebungen in der horizontalen Ebene quer zur Fahrtrichtung zu.' ^; ■ . ' .· ■

Eine Möglichkeit,'wie die Achslagergehäuse¹ mit'den Rahmenteilen (Querträger 1) verbunden sein können, zeigen die Fi g:3und 4.· In diesem FaI! ist das Radsätzlager 4 mit dem Querträger 1 durch insgesamt vier Federstäbe 8 verbunden. In Fahrtrichtung ist diese Verbindung praktisch starr, sie läßt aber Bewegungen der Radsatzlager 4· relativ zu den Rahmenteilen zu, wobei die vier Stäbe als-Pärällelogrammführung^:wirken, so daß bei'Verschiebungen quer zur· Fahrtrichtung die Achse des^; Achsiagergehäuses zu sich selbst parallel bleibt. Andererseits läßt^; diese Befestigung' aber auch geringe Verdrehungen des Achslagergehäuses um eine zur Fahrtrichtung parallele Achse zu. ' ' '■■''■ /"■■' ^:
• Eine andere Ausführungsform der Verbindung zwischen den Querträgern 1 und den Rädsatzlager'ri 4 zeigen die F ig, 5 und 6. Hier sind an Stelle der Federstäbe 8'zwei zueinander parallele Blattfedern 9 verwendet. Diese Verbindung gibt ebenfalls eine praktisch starre Verbindung in Fahrtrichtung, eine sehr wenig nachgiebige Verbindung in der horizontalen Ebene quer zur Fahrtrichtung und eine gut federnde Verbindung in senkrechter Richtung. Auch bei dieser Anordnung ist eine geringe Verdrehung des Achslagergehäuses um eine zur Fahrtrichtung parallele Achse möglich. An Stelle von zwei Blattfedern können mehrere dünnere Federblätter verwendet werden, wenn der Rahmen (Querträger 1 und Langträger 2) in senkrechter Richtung größere Federwege ausführen soll. Die F i g. 2 läßt ferner erkennen, daß die Bremsaufhängungen für die Bremsscheibe 10 an den Langträgern 2 des Rahmens angeordnet werden können, wodurch die beim Bremsen auftretenden Erschütterungen nicht auf den Wagenkasten übertragen werden. Es wäre jedoch auch möglich, die Bremsen an den Längsträgern 6 anzuordnen.

Die Führung des Drehgestelles am Wagenkasten kann in an sich bekannter Weise durch am Wagenkasten angeordnete Zapfen erfolgen. Um auch hier möglichst keine Erschütterungen vom Rahmen auf den Wagenkasten zu übertragen, ist am Mittelzapfen des Wagens eine kugelförmige oder ballige Scheibe 11 angebracht, die den Rahmen über Gummipuffer 12 führt.

Bei der Ausführungsform des Drehgestelles gemäß F i g. 7 als Triebdrehgestell ersetzt der Motor 14 die Langträger 2 des Rahmens, und die Querträger 1 sind mit dem Motor 14 oder den Getrieben 15 fest verbun-

den. Die Längsträger 6 stützen sich, wie bei der Ausführungsform nach F i g. 1 und 2, auf die Radsatzlager 4 ab und stehen nur über diese Radsatzlager 4 mit dem durch die Querträger 1 und den Motor 14 gebildeten ecksteifen Rahmen in Verbindung. Der Antrieb der Radsätze erfolgt über die schematisch gezeichneten Getriebe 15.

Bei dem Triebdrehgestell nach F i g. 8 wird der ecksteife Rahmen durch den gegossenen, geschmiedeten oder geschweißten Querträger 16 gebildet, der sich an ro beiden Seiten in Arme 17 gabelt, an denen wieder über Federn 18 die Radsatzlager 4 geführt sind.

Das Laufdrehgestell nach F i g. 9 entspricht der Ausführungsform nach F i g. 1 und 2. Bei dieser Ausführungsform ist angenommen, daß Klotzbremsen 19 verwendet werden, und die Ausführungsform zeigt auf der linken Hälfte der F i g. 9, wie die Klotzbremsen 19 am Rahmen angebracht werden können. Auf der rechten Hälfte der F i g. 9 ist dargestellt, daß die Klotzbremse 19 an besonderen Querträgern 22 befestigt ist, die sich über Kugelgelenke 23 auf den strichpunktiert gezeichneten Längsträgern 6 abstützen.

In manchen Fällen ist es erforderlich, die Bauhöhe der Fahrgestelle möglichst gering zu halten. Fig. 10 zeigt die Ausführungsform eines Laufdrehgestelles, bei der die Längsträger 6a unterhalb der Radsatzlager liegen, wobei die in senkrechter und horizontaler Richtung nachgiebige Verbindung mittels der Gummipuffer 5a erfolgt. Im übrigen entspricht diese Ausführungsform der Ausführungsform nach F i g. 1 und 2.

Während bei den Ausführungsformen nach den vorhergehenden Figuren vorausgesetzt ist, daß der Wagenkasten sich über Luftfedern 7 auf die Längsträger 6 abstützt, zeigt F i g. 11 eine Form, bei der statt der Luftfedern 7 Schraubenfedern 25 verwendet sind. Schraubenfedern haben zum Unterschied von Luftfedern die Eigenschaft, daß sie einer Verschiebung der Federenden quer zur Federachse, also in horizontaler Richtung, einen größeren Widerstand entgegensetzen. Bei dem dargestellten Drehgestell ist aber, sofern .die Gummipuffer 5 so ausgestaltet sind, daß sie eine verhältnismäßig große Nachgiebigkeit in horizontaler Richtung erlauben, eine Längsverschiebung der Längsträger 6 gegeneinander möglich, ohne daß dadurch die Lage der Radachsen zueinander beeinträchtigt wird. F i g. 11 zeigt, daß bei einer Verdrehung des Drehgestelles gegen den Wagenkasten die horizontale Verschiebung der Längsträger 6 gegenüber dem Wagenkasten von den Schraubenfedern 25 nur zum Teil aufgenommen werden muß, während ein anderer Teil dieser horizontalen Verschiebung durch die Verschiebung des Längsträgers 6 um den Betrag χ gegenüber den Radsatzlagern aufgenommen werden kann. Um den Längsträgern 6 in diesem Fall eine größere Beweglichkeit in Fahrtrichtung und eine geringere Beweglichkeit quer zur Fahrtrichtung zu geben, können die Puffer 5 so gestaltet sein, wie in F i g. 12 im Schnitt quer zur Fahrtrichtung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform bestehen die Gummipuffer, die zwischen den Längsträgern 6 und den Radsatzlagern 4 liegen, aus an sich bekannten dachartig geknickten Gummizwischenlagern 27, wobei die Knicklinie 28 parallel zur Fahrtrichtung liegt.

Soll bei sehr schnell fahrenden Fahrzeugen zur Verkürzung des Sinuslaufes eine geringe, genau definierte Elastizität in Fahrtrichtung in der Verbindung zwischen dem Querträger 1 und dem Achslager 20 vorgesehen sein, so kann, wie in F i g. 13 dargestellt, zwischen dem inneren Achslager 20 und dem äußeren, mit dem Rahmen (Querträger 1) in Fahrtrichtung starr verbundenen Gehäuse 21 eine Pufferung vorgesehen sein, die aus den Gummikörpern 30 besteht. Durch seitliche Einkerbungen der Gummikörper 30 wird erreicht, daß deren Federcharakteristik in Fahrtrichtung stark progressiv verläuft.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Drehgestell für Schienenfahrzeuge, insbesondere für Schienenfahrzeuge mit Luftfederung zwischen Drehgestell und Wagenkasten, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem nur zur Führung der Radsätze dienenden Rahmen (Querträger 1 und Langträger 2) und zwei vom Rahmen getrennten allein der Übertragung der Last auf die Radsätze dienenden Längsträgern (6) besteht, die mit dem Rahmen nur über Radsatzlager (4) verbun_: den sind. ■"■' ■■: ;■· ' ^: _: ' K ' ■' \ i ; ^; '.-

2. Drehgestell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Radsätzlager (4) mit dem Rahmen (Querträger 1 und Langträger 2) durch Federn (3 bzw. 8 bzw. 9) verbunden sind, die in senkrechter Richtung nachgiebig, in der Fahrtrichtung dagegen weitgehend unnachgiebig, also steif sind.

3. Drehgestell nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die lastübertragenden Längsträger (6) auf den Radsatzlagern (4) über Puffer (5) abstützen, die in senkrechter Richtung und in der horizontalen Ebene nachgiebig sind.

4. Drehgestell nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Puffer (5) in Fahrtrichtung eine höhere Nachgiebigkeit aufweisen als quer zur Fahrtrichtung (F i g. 1 bis 6).

5. Drehgestell nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Radsatzführung dienende Rahmen aus einem Motor (14) mit angeflanschten Getrieben (15) und aus am Motor oder an den Getrieben angeordneten Querträgern (1) gebildet wird (F i g. 7). ■ :

6. Drehgestell nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem die Radsätze führenden Rahmen (Querträger 1 und Langträger 2) Gehäuse (21) verbunden sind, in denen die Achslager (20) mittels Gummikörper (30) gelagert sind, die in Fahrtrichtung eine stark progressive Federcharakteristik aufweisen (F i g. 13).