DE1755875B2 - Federnde Achslagerführung zwischen verwindungsweichem Drehgestellrahmen und Rollenachslagergehäusen von Schienenfahrzeugen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine federnde Achslagerführung zwischen einem verwindungsweich gestalteten Drehgestellrahmen und den Rollenachslagergehäusen bei Schienenfahrzeugen.

Es ist bekannt, daß die Laufeigenschaften von Schienenfahrzeugen dadurch beeinträchtigt werden, daß bei den Drehgestellen ein sogenannter Sinuslauf eintreten kann, wobei das Drehgestell innerhalb des durch die Spurkränze und den Schienenabstand bestimmten Spielraumes quer zur Fahrtrichtung hin- und herpendelt. Der Sinuslauf hat insbesondere dann unangenehme Auswirkungen, wenn das Fahrzeug mit einer solchen Geschwindigkeit fährt, daß die dein Sinuslauf bei dieser Geschwindigkeit entsprechende Frequenz mit einer Eigenfrequenz des Wagenkastens übereinstimmt, da der Wagenkasten in diesem Falle in Resonanzschwingungen gerät.

Ist die Länge der Sinuslinie so groß, daß die Frequenz des Sinuslaufes erst bei Fahrgeschwindigkeiten zwischen 160 und 200 km/h mit der Querfrequenz des Wagenkastens in Resonanz kommt, so wird, da die maximalen Reisezuggeschwindigkeiten heute nicht über 160 km/h liegen, die Resonanzzone nicht erreicht. Man spricht in diesem Falle von einem unterkritischen Laufwerk.

Unterkritische Laufwerke sind für das Erzielen hoher Reisegeschwindigkeiten nicht sehr gut geeignet, da sich bei ihnen bei den höchsten Fahrgeschwindigkeiten die durch den Sinuslauf bedingte Frequenz bereits den Eigenfrequenzen nähern kann.

Es wäre aber in der Praxis unzweckmäßig und gefährlich, mit einem unterkritischen Laufwerk die Resonanzzone zu durchfahren, weil die Beschleunigungen in Querrichtung beim Durchfahren der Resonanzzone bei diesen hohen Geschwindigkeiten in einer Größenordnung liegen, die dem Fahrgast und dem Fahrzeug nicht zuzumuten sind. Für diese hohen Geschwindigkeiten werden deshalb Fahrzeuge mit überkritischem Laufwerk eingesetzt. Bei einem überkritischen Laufwerk ist die Länge der Sinuslinie sehr viel kleiner als bei einem unterkritischen Laufwerk. Dies bedeutet, daß bei gleicher Geschwindigkeit die Sinuslauffrequenz des Radsatzes höher liegt, als bei einem unterkritischen Laufwerk. Die Resonanzzone wird daher bei solchen Fahrzeugen zwischen 60 und 90 km/h liegen. In diesem Geschwindigkeitsbereich sind die Resonanzquerbeschleunigungen des Fahrzeuges wesentlich niedriger und da her dem Fahrgast und dem Fahrzeug für die kurze Zeit des Durchlaufens der Resonanzzone zumutbar. Bei Geschwindigkeiten oberhalb des Resonanzbereiches läuft das Fahrzeug überkritisch.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus. daß bei einer federnden Achslagerführung zwischen dem verwindungsweich en Drehgesteilrahmen und den Rollenachslagergehäusen von Schienenfahrzeugen ein Drehgestell für überkritischen Wagenlauf dann erhalten wird, wenn bei einer in senkrechter Richtung für Eisenbahnverhältnisse sehr harten Federung die Federung in Fahrzeuglängsrichtung weicher ist als die Federung in Fahrzeugquerrichtung

Es sind Drehgestellkonstruktionen mit verwindungsweichem Drehgestellrahmen bekannt bei denen zwischen dem Drehgestellrahmen und den Rollenachslagergehäusen keine federnden Verbindungsglieder verwendet werden. Die Nachteile dieser Konstruktion bestehen ^m Auftreten von hohen Beschleunigungen in vertikaler Richtung sowie in Längs- und Querrichtung und einem ungünstigen Fahrverhalten Ίε5 Schienenfahrzeuges.

Bei einrr weiteren bekannten Drehgestellkonstruktion mit verwindungsweichem Drehgestellrahmen werden zwischen dem Drehgestellrahmen und den Rollenachslagergehäusen gummielastische Federn verwendet, die das Rollenachslagergehäuse entweder vollständig oder in der oberen Hälfte umschließen. Diese Ausführung hat zwar eine elastische Führung in den drei erforderlichen Richtungen zur Folge, jedoch lassen sich die oben geforderten unterschiedlichen Federungen in den verschiedenen Richtungen nicht erreichen.

Es sind weiterhin Abfederungen für Schienenfahrzeuge bekannt (DTPS 8 82 414), bei denen /wischen dem Drehgestellrahmen und dem Rollenachslager Gummimetallfedern angeordnet sind, deren Feder-Widerlager dachförmig gegeneinander geneigte Stützflächen aufweisen, deren Firstlinie vertikal verläuft. Eine solche Federung ist in senkrechter Richtung relativ weich und in Wagenlängsrichtung bzw. Wagenquerrichtung hart. Ein Drehgestell für überkritischen Wagenlauf kann mit einer solchen Abfederung nicht erhalten werden.

Auch bei anderen Abfederungen, bei denen die zwischen dem Drehgestellrahmen und dem Rollenachslager angeordneten Gummimetallfedern mit Federwiderlagern ausgerüstet sind, die dachförmig gegeneinander geneigte Stützflächen aufweisen (GB-PS 9 00 097 und 10 33 738). ist die Anordnung so getroffen, daß die Achslagerführung in erster Linie der senkrechten Abfederung des Drehgestellrahmens auf den Radsätzen dient. Bei den beiden bekannten Abfederungen ist die Federung in Wagenlängsrichtung wesentlich härter als in Wagenquerrichtung, so daß sich auch auf diese Weise ein Drehgestell für überkritischen Wagenlauf nicht verwirklichen läßt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine federnde Achslagerführung zwischen dem verwindungsweichen Drehgestellrahmen und den Rollenachslagergehäusen von Schienenfahrzeugen zu schaffen, mit der ein Drehgestell für überkritischen Wagenlauf erhalten wird. Diese Aufgabe wird bei einer federnden Achslagerführung, bei der zwischen je zwei

jeweils mit dem Drehgestellrahmen bzw. dem Rollenachslagergehäuse verbundenen Federwiderlagern gummielastische Schichten angeordnet sind und jedes Federwiderlager zwei dachförmig gegeneinander geneigte, symmetrisch zu einer vertikalen Ebene angeordnete Stützflächen aufweist, dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Firstlinie der Leiden gegeneinander geneigten Stützflächen horizontal und parallel zur Fahrzeuglängsrichtung verläuft.

Durch die erfindungsgemäß angeordneten Stützflächen wird erreicht, daß die Federung in Wagenlängsrichtung, zu der die Stützflächen im wesentlichen parallel verlaufen, weicher ist als in Wagenquerrichtung, mit der die Stützflächen einen spitzen Winkel einschließen. Dabei ist der Unterschied zwischen den beiden Federkonstanten in den verschiedenen Richtungen im wesentlichen durch die Größe des Winkels gegeben, den die Stützflächen miteinander einschließen. Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung sind die Stützflächen unter einem Winkel von etwa 90° gegeneinander geneigt.

Ein besonderer Vorteil des Gegenstandes der Erfindung besteht darin, daß sich die erfindungsgemäße Achslagerführung sowohl bei Drehgestellen für unterkritischen Wagenlauf als auch bei Drehgestellen für überkritischen Wagenlauf verwenden läßt. Wird nämlich die Achslagerführung so angeordnet, daß die Firstlinie der beiden gegeneinander geneigten Stützflächen horizontal und parallel zur Fahrzeugquerrichtung verläuft, so erhält man ein Fahrzeug mit unterkritischem Wagenlauf. Es können also sowohl die Achslagerführungen für Fahrzeuge mit unterkritischem Wagenlauf als auch die Achslagerführungen für Fahrzeuge mit überkritischem Wagenlauf in ihren Abmessungen so gestaltet werden, daß sie untereinander austauschbar sind. Dies bedeutet, daß sowohl für I ahrzeuge mit unterkritischem, als auch für Fahrzeuge mit überkritischem Wagenlauf die gleichen Drehgestellrahmen und Rollenachslagergehäuse verwendet werden können. Dadurch wird eine einheitliche Drehgestellkonstruktion für alle Geschwindigkeitsbereiche ermöglicht.

Die Verbindung zwischen der Achslagerführung einerseits und dem Drehgestellrahmen bzw. dem Rollenachslagergehäuse andererseits kann auf einfachste Weise durch Zentrierbolzen erreicht werden. Zu diesem Zwecke ist es besonders orteilhaft, wenn jedes der Federwiderlager an seiner Außenseite mit mindestens uinem Führungszapfen versehen ist, der in eine entsprechende Bohrung des Drehgestellrahmens bzw. des Rollenachslagergehäuses eingreift. Die Aufnahmebohrungen am Drehgestellrahmen und an den Rollenachslagergehäusen können auf einfache und kostensparende Weise und trotzdem mit ausreichend genauen Abstandstoleranzen gefertigt werden, so daß eine genaue Stellung der Radsätze zueinander gewährleistet ist. Der einfache An- und Ausbau der Radsätze ist ohne besondere Einstellvorrichtunjjen und ohne besonders geschultes Personal möglich, was einen besonderen Vorteil für die Unterhaltung der Drehgestelle bedeutet.

Im folgenden wird an Hand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung näher erläutert:

F i g. 1 zeigt in einer parallelperspektivischen Prinzipdarstellung das Federwiderlager mit zwei Stützflächen; ⁶S

F i g. 2 zeigt einen vertikalen Längsschnitt durch die Achslagerführung eines Drehgestelles mit überkritischem Wagenlauf;

F i g. 3 stellt einen Schnitt dar nach der Linie Ill-lll in F i g. 2.

In F i g. 1 ist das Prinzip des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt Dazu sind zunächst die drei Hauptraumrichtungen durch ein gestrichelt eingezeichnetes Koordinatensystem mit den Achsen X, Y, Z angedeutet Hierbei bedeutet Z jeweils die vertikale Hauptrichtung, während X und ydie beiden horizontalen Hauptrichtungen andeuten, die jeweils der Wagenlängsrichtung Y und der Wagenquerrichtung X entspricht. Innerhalb dieses Koordinatensystems sind die Stützflächen eines der beiden zusammengehörenden Federwiderlager dargestellt.

Nach F i g. 1 enthält das Federwiderlager zwei Stützflächen 1 und 2, die symmetrisch zu der durch die Richtungen Z und Y festgelegten vertikalen Ebene angeordnet sind, parallel zur horizontalen Richtung Y verlaufen und mit der horizontalen Richtung X die Winkel a bzw. — a einschließen. Ferner ist aus F i g. 1 ersichtlich, daß bei einer Gummifeder, bei der zwischen zwei Federwiderlagern, die jeweils Stützflächen mit der angegebenen Anordnung aufweisen, gummielastische Schichten angeordnet sind, die Federkonstante in der vertikalen Richtung Z sehr groß gemacht werden kann, während sie in den horizontalen Richtungen X uiid Y kleiner gehalten werden kann, wobei die Federung in der horizontalen Richtung X härter ist als in der horizontalen Richtung V. Man erhält also ein Drehgestell für überknti chen Wagenlauf, wenn die horizontale Richtung X der Wagenquerrichtung und die horizontale Richtung V der Wagenlängsrichtung entspricht. Durch Variation des Winkels a können die Federkonstanten auf verschiedene gewünschte Werte eingestellt werden. In den F i g. 2 und 3 ist ein konkretes Ausführungsbeispiel für den Gegenstand der Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind zwischen dem Rollenachslagergehäuse 31 und dem Drehgestellrahmen 32 Federn angeordnet, die jeweils zwei Federwiderlager 34 und 35 aufweisen, zwischen denen eine gummielastische Schicht 33 angeordnet ist. Das Federwiderlager 34 trägt zwei Stützflächen 39 und das Federwiderlager 35 ebenfalls zwei Stützflächen 37. Die Stützflächen 37 bzw. 39 sind jeweils dachförmig unter einem Winkel von etwa 90" gegeneinander geneigt und verlaufen parallel zur Fahrzeuglängsrichtung. Dadurch wird in Fahrzeugquerrichtung eine härtere Federung erhalten als in Fahrzeuglängsrichtung.

Zur Befestigung der Federwiderlager 34 und 35 mit dem Drehgestellrahmen 32 bzw. dem Rollenachslagergehäuse 31 sind an der Außenseite der Federwiderlager 34 und 35 jeweils Zapfen 38 angeordnet, die in entsprechende Bohrungen des Drehgestellt ahmens 32 bzw. des Rollenachslagergehäuses 31 eingreifen. Dadurch wird erreicht, daß die Federwiderlager 34 bzw. 35 leicht auswechselbar sind und daß bei entsprechender Ausbildung der Rollenachslagergehäuse 31 bzw. bei Verwendung von entsprechenden Zwischenlagen eine Austauschbarkeit zwischen den Achsführungen für Fahrzeuge mit unterkritischem Wagenlauf und den Achsführungen für Fahrzeuge mit überkritischem Wagenlauf besteht.

Bei den in der Praxis erforderlichen Quer- und Längsfederwegen ist eine Höhe der gummielastischen Schicht 33 von etwa 30 mm ausreichend, um in vertikaler Richtung die Beschleunigungen des Radsatzes so weit herabzusetzen, daß der Drehgestellrahmen 32 noch wirtschaftlich und mit geringem Gewicht gebaut werden kann. Bei der beschriebenen Ausführungsform

ist die Federkonstante in vertikaler Richtung von solcher Größenordnung, daß durch die von der Achsführung aufzunehmenden Zuladungsgewichte einschließlich der dynamischen Belastung der Federweg maximal 10 mm beträgt.

Patentanspruch 2 ist als echter Unteranspruch anzusehen, für den nur im Zusammenhang mit Patentanspruch 1 Schutz beansprucht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Federnde Achslagerführung zwischen verwindungsweichem Drehgestellrahmen und Rollenachslagergehäusen von Schienenfahrzeugen, bei der zwischen je zwei jeweils mit dem Drehgestellrahmen bzw. dem Rollenachslagergehäuse verbundenen Federwiderlagern gummielastische Schichten angeordnet sind und jedes Federwiderlager zwei dachförmig gegeneinander geneigte, symmetrisch zu einer vertikalen Ebene angeordnete Stützflächen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Firstlinie der beiden gegeneinander geneigten Stützflächen (37 bzw. 39) horizontal und parallel zur Fahrzeuglängsrichtung verläuft

2. Achsführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Federwiderlager (34 und 35) an seiner Außenseite mit mindestens einem Führungszapfen (38) versehen ist, der in eine entsprechende Bohrung des Drehgestellrahmens (32) bzw. des Rollenachslagergehäuses (31) eingreift.