DE19703701C2 - Zweiachsiges Fahrwerk für schienengebundene Transportsysteme - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein zweiachsiges Fahrwerk für schienengebundene Transportsysteme im Güter- und Personenverkehr, insbesondere für nichttrennbare Zugeinheiten, die von Fahrwerksrahmen getragen werden, in denen die Radsätze aufgenommen sind, wobei mindestens einer der Radsätze direkt über Fahrgetriebe antreibbar ist.

Bekannte zweiachsige Fahrwerke weisen kompakte Fahrwerksrahmen auf, in denen die Radsätze mit Radsatzlagern gelagert sind. Wird der Wagenkasten in einer Drehpfanne im Fahrwerksrahmen gelagert, spricht man von einem (Standard-) Drehgestell. Die Radsätze werden elastisch im Drehgestellrahmen gelagert (Primärfederung). Als Sekundärfederung sind zwischen Wagenkasten und Drehgestellrahmen weitere Federelemente vorgesehen. Die Radsätze werden über Radsatzgetriebe angetrieben. In Standarddrehgestellen werden die Radsätze weder aktiv noch passiv in den Bogen gelenkt.

Mit der Entwicklung schienengebundener Transportsysteme als nichttrennbare Zugeinheiten (z. B. Nahverkehrszüge, ICE, STE) ergab sich auch der Bedarf an neuen Fahrwerken, die gleichzeitig zwei Wagenkästen abstützen können. Es gibt sogenannte Jakobsdrehgestelle, speziell bei Straßenbahnen, die o. g. Eigenschaften aufweisen. Herkömmliche Konstruktionen sind aufwenig, schwer und damit teuer.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein völlig neues Fahrwerkskonzept zu schaffen, mit dem gattungsgemäße Transportsysteme ausgerüstet werden können, wobei besonderes Augenmerk auf einfache Konstruktion, leichte Montage, gute Wartungseigenschaften und preiswerte Fertigung gelegt wird. Das Fahrwerk soll leichter als herkömmliche Drehgestelle sein und für hohe Radlasten mit guter Bodenlaufeigenschaft ausgelegt sein.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Fahrwerksrahmen zwischen den Radsätzen in zwei Hälften geteilt ist und jeder Radsatz in einer der Fahrwerksrahmenhälfte angeordnet ist, daß beide Fahrwerksrahmenhälften in der Fahrebene einstellgelenkig und in Fahrtrichtung zueinander begrenzt axial verschiebbar miteinander verbunden sind und daß zur zugfesten Kopplung der Wagenkästen eine die Einstellbarkeit der Fahrwerksrahmenhälften zulassende Koppelstange kardanisch beweglich zwischen den Wagenkästen angeordnet ist.

Das erfindungsgemäß ausgebildete Fahrwerk unterscheidet sich von den bisherigen Fahrwerkskonstruktionen vor allem durch den zweigeteilten torsions- und einstellgelenkigen Fahrwerksrahmen, der mit einfachen konstruktiven Mitteln eine große Beweglichkeit jedes einzelnen Radsatzes ermöglicht. Das Fahrwerk weist eine gute Kurvengängigkeit auf und ist durch die Zweiteilung der Fahrwerksrahmens besonders gut für die modernen untrennbaren Zugeinheiten geeignet.

In einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung wird jede Fahrwerksrahmenhälfte aus einem den Radsatz umgreifenden Gehäuse gebildet, in dem der Radsatz und ggf. das zugeordnete Radsatzgetriebe gelagert sind und an dem sich jeweils ein Wagenkasten der Zugeinheiten über hydraulische Federelemente abstützt.

Durch Vereinigung der bisher einzelnen Bauteile wie Fahrwerksrahmen, Radsatzgehäuse und Getriebegehäuse in einen einzigen Gehäuse erhält dieses Mehrfachfunktion und ermöglicht die durch die Erfindung angestrebte Vereinfachung. Hydraulische Federelemente sind bekannt und werden vorzugsweise für Auto- und Mobilkrane eingesetzt. Sie eignen sich für das erfindungsgemäß ausgebildete Fahrwerk besonders gut, weil sie in der neuen Konzeption infolge ihres geringen Platzbedarfs leicht integriert werden können. Die Ausbildung des Fahrwerksrahmens aus den beiden zueinander einstellbaren Gehäusen ermöglicht die Lagerung des Radsatzes auf der Innenseite der Räder und gleichzeitig die Aufnahme des Radsatzgetriebes in einer sehr kompakten Baueinheit.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist zwischen den Gehäusen ein Drehgelenk mit vertikalem Drehgelenkzapfen vorgesehen, dessen Gelenkhälften über in achsgleiche Bohrungen am jeweiligen Gehäuse oder Drehgelenk einsteckbare, am jeweils anderen Teil befestigte Bolzen verbunden sind, wobei die Bolzen in den Bohrungen begrenzt verschiebbar sind und eine Verschiebung der beiden Gehäuse gegeneinander sowie deren Verdrehung zueinander zulassen.

Das Drehgelenk ermöglicht sowohl eine Winkelbewegbarkeit der Gehäuse zueinander wie eine Verdrehung der Gehäuse gegeneinander, um eine gemeinsame in Fahrtrichtung liegende Achse. Die Bolzen-Bohrungsverbindung läßt auch eine begrenzte axiale Bewegung zu, mit der sich die Gehäuse im Fahrbetrieb voneinander weg oder aufeinander zu bewegen.

Da die Drehgelenkverbindung der Gehäuse eine Zugkraftübertragung von einem Wagenkasten zum anderen nicht ermöglicht, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Koppelstange vorgesehen, die die Wagenkästen der Zugeinheit beidseitig über Radial-Gelenklager verbindet und zwei in einer horizontalen Ebene voneinander beabstandete Holme aufweist, zwischen denen eine Quertraverse um ihre zur Koppelstangenlängsachse quer verlaufende Längsachse verschwenkbar angeordnet ist, in der zentral eine Führungsbohrung für den die Traverse senkrecht durchgreifenden verlängerten Drehgelenkzapfen des zwischen den Gehäusen vorgesehenen Drehgelenkes aufweist.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Koppelstange zwischen den Wagenkästen läßt Pufferstöße bis 200 t zu und verbindet die Wagenkästen der Zugeinheit. Die Ausbildung der Koppelstange mit den beiden Holmen und der Quertraverse zur Aufnahme des vertikalen Drehgelenkzapfens stellt sicher, daß sich die beiden Wagenkästen während der Fahrt vertikal gegeneinander bewegen können.

Zur Übertragung von Fahr- bzw. Bremskräften von den Radsätzen auf die Wagenkästen sind nach einem weiteren Merkmal der Erfindung zwischen den Wagenkästen und den Gehäuse der Fahrwerksrahmenhälften Druck- bzw. Zugstützen vorgesehen.

Vorzugsweise und nach einem anderen Merkmal der Erfindung erfolgt der Antrieb der Radsätze über an mindestens einem Gehäuse seitlich angeflanschte Antriebsmotoren, deren Abtriebszapfen unmittelbar mit dem in dem Gehäuse gelagerten Radsatzgetriebe verbunden sind.

Als Antriebe können sowohl hydrostatische Antriebsmotoren vorgesehen sein, die als Fahr- und Bremsantrieb konzipiert sind, als auch Elektromotoren.

Obwohl die hydrostatischen Antriebsmotoren als Fahr- und Bremsantrieb konzipiert sind, ist es von Vorteil, für Not- oder Haltebremsen Scheibenbremsen vorzusehen, die an mindestens einem Rad des Radsatzes angreifen und am Gehäuse der jeweiligen Fahrwerksrahmenhälfte befestigt sind.

Es hat sich gezeigt, das das beste Fahrverhalten des erfindungsgemäß ausgebildeten Fahrwerkes erreichbar ist, wenn für die Länge L der Koppelstange die folgenden geometrischen Bedingungen eingehalten werden:

L = a - [a²/(a + b)]

wobei:
a = den Radsatzabstand im Fahrwerk und
b = den Radsatzabstand im Wagenkasten

angibt.

Mit dem erfindungsgemäßen Fahrwerk wird ein besonders einfaches Fahrwerk geschaffen, daß bei äußerst günstiger Kurvengängigkeit allen Erfordernissen moderner Transportsysteme Rechnung trägt. Das Fahrwerk ist preisgünstig herzustellen und ist verglichen mit Standard-Drehgestellen leichter. Die Vereinfachung und Gewichtsersparnis wird vor allem dadurch erreicht, daß viele Bauteile des Fahrwerkes Doppelfunktionen aufweisen, wie z. B. die Vereinigung von Getriebegehäuse und Fahrwerksrahmen. Die beiden Gehäuse der Fahrwerksrahmenhälften und somit die Getriebegehäuse, die gleichzeitig die Radsätze lagern, stützen sich direkt gegeneinander ab; Lenkeinrichtungen sind in der Koppelstange und in den Zug-Druckstützen vereinigt. Die Verwendung hydropneumatischer Federungen vereinfacht die Konstruktion; es wird ein sehr kompaktes Fahrwerk geschaffen, das im Wartungsfall leicht zu handhaben ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch das erfindungsgemäß ausgebildete Fahrwerk,

Fig. 2 die Draufsicht auf das Fahrwerk nach Fig. 1,

Fig. 3 die Anlenkung der Wagenkästen an die Fahrwerksrahmenhälften,

Fig. 4 einen Schnitt durch ein Gehäuse im Bereich der Radachse,

Fig. 5 einen Schnitt durch die Anlenkung der Koppelstange,

Fig. 6 einen Schnitt durch die Quertraverse und den Drehgelenkzapfen, und

Fig. 7 die Draufsicht auf das Fahrwerk bei Kurvenfahrt.

In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch das insgesamt mit 1 bezeichnete Fahrwerk der Erfindung dargestellt. Erkennbar sind zwei Räder der Radsätze 2a, 2b, deren Achsen 3a, 3b in den Gehäusen 4a, 4b gelagert sind, die den Fahrwerksrahmen bzw. zwei Fahrwerksrahmenhälften des erfindungsgemäßen Fahrwerkes bilden. Innerhalb der Gehäuse 4a, 4b sind außer den Radachsen 3a, 3b der Radsätze 2a, 2b auch die Radsatzgetriebe 5a, 5b angeordnet, die über den Antriebszapfen 31 je eines in dieser Ansicht nicht erkennbaren Hydraulikmotors antreibbar sind.

In Fig. 1 sind weiterhin die Wagenkästen 6a, 6b schematisch dargestellt erkennbar, deren Rahmenteile 7a, 7b über eine Koppelstange 8 miteinander verbunden sind. Die Koppelstange 8 ist an beiden Enden über Radial-Gelenklager 9 mit Hilfe der Bolzen 10 kardanisch verbunden. Sie ist in der Lage sehr hohe Zug- und Druckkräfte zwischen den Wagenkästen 6a, 6b zu übertragen.

Zwischen den Gehäusen 4a, 4b auf deren einander zugewandten Seiten ist das zweiteilige Drehgelenk 11a, 11b erkennbar, das scharnierartig um den vertikalen Drehgelenkzapfen 12 verschwenkbar ist, der nach oben in den Bereich der Koppelstange 8 ragt, wie später noch beschrieben wird.

Das Drehgelenk 11a, 11b ist auf beiden den Gehäusen 4a, 4b zugewandten Seiten koaxial zu je einem Bolzen 13a und 13b aufgebohrt, der achsgleich an den beiden Gehäusen 4a, 4b angeordnet ist. Die Bolzen 13a, 13b sind in die Bohrungen des Drehgelenkes 11a, 11b eingesteckt und können sich um gewisse Beträge axial bewegen und erlauben ein Verdrehen der Gehäuse 4a, 4b, um die gemeinsame Längsmittelachse der Bolzen 13a, 13b.

An den Gehäusen 4a, 4b bei 14 angreifende Zug- und Druckstützen dienende Übertragung von Fahr- und Bremskräften der Zugeinheiten zwischen den Wagenkästen 6a, 6b.

Wie Fig. 2 erkennen läßt, ist die Koppelstange 8 in zwei voneinander beabstandete Holme 8a, 8b aufgeteilt, die an ihren Enden im Bereich der Bolzen 10 zusammenlaufen. Zwischen den Holmen 8a, 8b ist eine Quertraverse 15 vorgesehen, die um die Achse 16 quer zur Längsachse der Koppelstange verschwenkbar ist. Im Zentrum der Quertraverse 15 ist eine Führungsbohrung 17 vorgesehen, in die der Drehgelenkzapfen 12 des Drehgelenkes axial verschiebbar eintaucht.

In dieser Zeichnungsfigur ist auch erkennbar, wo die Hydraulikmotoren 18 beidseitig des Gehäuses 4a, 4b im Bereich der Getriebe angeflanscht sind.

Mit 19 sind zwei Scheibenbremsen bezeichnet, die an einem Rad der Radsätze 2a, 2b angreifen und als Not- oder Haltebremse dienen. Nicht erkennbar in dieser Darstellung ist, daß die Scheibenbremsen 19 jeweils an dem Gehäuse 4a bzw. 4b abgestützt sind.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Radsätze 2a, 2b in verschiedenen Ebenen. Wie In der linken Zeichnungshälfte erkennbar ist am Gehäuse 4a ein Kragarm 20 angeschweißt, zwischen dem und einem Wankbewegungen des Fahrzeuges verhindernden Wanklenker 21 ein Dämpfer 22 vorgesehen ist. Der Wanklenker selbst ist an einer Lagerstütze 23 angelenkt, die als Gegenlager der Drehgestellaufhängung dient. Mit 24 ist ein Längsdämpfer bezeichnet, der ebenfalls zwischen der Lagerstütze 23 am Wagenkasten und dem Gehäuse 4a angeordnet ist. Die gleiche Anordnung findet sich in der rechten Zeichnungshälfte, die darüberhinaus eine der vier federnden Abstützungen des Wagenkastens am Gehäuse 4b erkennen läßt. Auch hier ist an dem Gehäuse 4b ein Kragarm 25 angeschweißt, zwischen dem und der fest am Wagenkasten 6b befestigten Lagerstütze 26 der Hydraulikzylinder 27 angelenkt ist.

Fig. 4 läßt in der Draufsicht einen Schnitt durch das Gehäuse nach der Erfindung erkennen. Es ist deutlich zu sehen, daß der Radsatz 2a an den Radachsen in dem Gehäuse 4a in Pendelrollenlagern 28 gelagert ist. Gleichzeitig erkennbar ist das Zahnrad 29 des Getriebes 5a, mit dem das Antriebsmoment von dem Hydraulikmotor 18 über den Abtriebszapfen 31 und das Zwischenzahnrad 30 auf die Achse des Radsatzes 2a geleitet wird. Jedes Getriebegehäuse dient somit der Lagerung des Getriebes und auch der Lagerung des Radsatzes 2a und ist gleichzeitig die eine Hälfte des Fahrwerksrahmens des erfindungsgemäßen Fahrwerks.

In Fig. 5 ist in einem Schnitt durch die Anlenkung der Koppelstange 8 im Bereich des Zapfens 10 das Radial-Gelenklager 9 erkennbar, das eine freie Einstellung der Koppelstange 8 ermöglicht. Im Bereich des Radsatzes 2a, 2b ist das Gehäuse 4a, 4b aufgeschnitten, so daß auch in dieser Ansicht die Lagerung 28 des Radsatzes 2a, 2b ebenso zu erkennen ist wie die Anordnung des Zahnrades 29 auf der Achse des Radsatzes 2a, 2b.

In Fig. 6 ist ein Schnitt durch die Quertraverse 15 der Koppelstange 8 gelegt. Die Holme 8a, 8b der Koppelstange 8 sind mit Zapfen 32 mit der Quertraverse 15 verbunden, wobei die Zapfen mit ihren vorderen Enden in entsprechende Bohrungen der Quertraverse 15 hineinragen, und ein Verschwenken der Quertraverse 15 um die Achsen 16 ermöglichen. Darunter ist in Verlängerung des Gelenkzapfens 12, dessen Anordnung im Drehgelenk 11a, 11b erkennbar, mit dem eine Winkelverstellung der Radsätze zueinander ermöglicht wird.

Fig. 7 zeigt in der Draufsicht das erfindungsgemäß ausgebildete Fahrwerk bei Bogenfahrt. Bei einer Bogenfahrt stellt sich die Mitte der Radsätze im Fahrwerk auf den Bogenradius ein. Die Differenz zwischen Radsatzabstand a und Koppelstangenlänge L bewirkt eine seitliche Auslenkung der Koppelstange. Durch die Koppelung des Drehgelenks 11a, 11b mit der Traverse 15 vermittelt des Drehgelenkzapfens 12 werden die Auslenkbewegungen der Koppelstange 8 zwangsläufig auf die Gehäuse 4a, 4b übertragen, so daß sich die Radsätze 2a, 2b auf den jeweiligen Kurvenradius einstellen. Für alle Kurvenradien gilt die Beziehung:

L = a - [a²/ (a+b)]

wobei:
a = den Radsatzabstand im Fahrwerk und
b = den Radsatzabstand im Wagenkasten

angibt.

Claims (11)

1. Zweiachsiges Fahrwerk (1) für schienengebundene Transportsysteme im Güter- und Personenverkehr, insbesondere für nichttrennbaren Zugeinheiten, die von in zwei Hälften geteilten Fahrwerksrahmen getragen werden, in denen die Radsätze (2a, 2b) aufgenommen sind, wobei jeder Radsatz in einer der Fahrwerksrahmenhälften angeordnet ist und mindestens einer der Radsätze direkt über Radsatzgetriebe antreibbar ist dadurch gekennzeichnet, daß beide Fahrwerksrahmenhälften (Gehäuse 4a, 4b) in der Fahrebene einstellgelenkig und in Fahrtrichtung zueinander begrenzt axial verschiebbar miteinander verbunden sind und daß zur zugfesten Kopplung der Wagenkästen (6a, 6b) eine die Einstellbarkeit der Fahrwerksrahmenhälften (Gehäuse 4a, 4b) zulassende Koppelstange (8) kardanisch beweglich zwischen den Wagenkästen (6a, 4b) angeordnet ist.

2. Fahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Fahrwerksrahmenhälfte aus einem die Radachse jedes Radsatzes (2a, 2b) umgreifenden Gehäuse (4a, 4b) gebildet wird, in dem der Radsatz (2a, 2b) und ggf. das zugeordnete Radsatzgetriebe (Zahnräder 29, 30) gelagert sind und an dem sich jeweils ein Wagenkasten (6a bzw. 6b) der Zugeinheiten über hydraulische Federelemente (Zylinder 27) abstützt.

3. Fahrwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Gehäusen (4a und 4b) ein Drehgelenk (11) mit vertikalem Drehgelenkzapfen (12) vorgesehen ist, dessen Gelenkhälften (11a, 11b) über in achsgleiche Bohrungen am jeweiligen Gehäuse (4a, 4b) oder Drehgelenk einsteckbare, am jeweils anderen Teil befestigte Bolzen (13a, 13b) verbunden sind, wobei die Bolzen (13a, 13b) in den Bohrungen begrenzt verschiebbar sind und eine Verschiebung der beiden Gehäuse (4a, 4b) gegeneinander sowie deren Verdrehung zueinander zulassen.

4. Fahrwerk nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelstange (8) die Wagenkästen (6a, 6b) der Zugeinheit beidseitig über Radial-Gelenklager (9) verbindet und zwei in einer horizontalen Ebene voneinander beabstandete Holme (8a, 8b) aufweist, zwischen denen eine Quertraverse (15) um ihre zur Koppelstangenlängsachse quer verlaufende Längsachse (16) verschwenkbar angeordnet ist, in der zentral eine Führungsbohrung (17) für den die Traverse (15) senkrecht durchgreifenden verlängerten Drehgelenkzapfen (12) des zwischen den Gehäusen (4a, 4b) vorgesehenen Drehgelenkes aufweist.

5. Fahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung von Fahr- und Bremskräften der Zugeinheiten zwischen den Wagenkästen (6a, 6b) und den Gehäusen (4a, 4b) der Fahrwerksrahmenhälften Zug- und Druckstützen (33) vorgesehen sind.

6. Fahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Gehäusen (4a, 4b) und den Wagenkästen (6a, 6b) Längs- und/oder Querdämpfer (22, 24) zum Dämpfen von Schwingungen vorgesehen sind.

7. Fahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb der Radsätze (2a, 2b) über an mindestens einem Gehäuse (4a oder 4b) seitlich angeflanschte Antriebsmotoren (18) erfolgt, deren Abtriebszapfen (31) unmittelbar mit dem in dem Gehäuse (4a, 4b) gelagerten Fahrwerksgetriebe (Zahnräder 29, 30) verbunden sind.

8. Fahrwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebe hydrostatische Antriebsmotoren (18) vorgesehen sind, die als Fahr- und Bremsantrieb konzipiert sind.

9. Fahrwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb Elektomotoren vorgesehen sind.

10. Zweiachsiges Fahrwerk für schienengebundene Transportsysteme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Not- oder Haltebremsen Scheibenbremsen (19) vorgesehen sind, die an mindestens einem Rad eines Radsatzes (2a, 2b) angreifen und am Gehäuse (4a, 4b) der jeweiligen Fahrwerksrahmenhälfte befestigt sind.

11. Fahrwerk nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die Länge L der Koppelstange (8) folgende Beziehung gilt:
L = a - [a²/(a + b)]
wobei:
a = den Radsatzabstand im Fahrwerk und
b = den Radsatzabstand im Wagenkasten angibt.