DE19856881B4 - Vorrichtung zur Verringerung oder Vermeidung von Reibschwingungen an Radsätzen von Schienenfahrzeugen - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur Verringerung oder Vermeidung von Reibschwingungen an Schienenfahrzeug-Radsätzen (1), die eine Radsatzwelle (2) mit an ihren Enden angeordneten Rädern (3, 4) aufweisen, wobei die Radsatzwelle (2) in Längsrichtung asymmetrisch ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Radsatzwelle (2) eine einseitige Versteifung aufweist und die Antriebskraft mittig in die versteifte Radsatzwelle (2) eingeleitet wird.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verringerung oder Vermeidung von Reibschwingungen an Radsätzen von Schienenfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
• Bei Schienenfahrzeugen mit Triebdrehgestellen, bzw. angetriebenen Einzelachsen und auch bei rad- und klotzgebremsten Radsätzen kennt man besonders beim Antreiben und Bremsen der Fahrzeuge das Problem der Reibschwingungen. Sie treten meist bei nasser Schiene beim Anfahren auf und äußern sich als Torsionsschwingungen der beiden Radscheiben. Der Schwingungsknoten liegt in der Mitte der Radsatzwelle. Besonders ausgeprägt sind Reibschwingungen bei in der Mitte des Radsatzes angekoppelten Antrieben bzw. in der Mitte des Radsatzes angebundener Kupplung. Diese Anordnung eignet sich jedoch besonders für Fahrwerke mit radial einstellbaren Radsätzen, so dass hier ein Zielkonflikt bezüglich der Vermeidung der Reibschwingungen durch außermittige Kupplungsanordnung vorliegt.
• Bei der mittigen Kupplungsanordnung wird der Radsatz quasi inmitten der Welle wie durch eine Deichsel geführt, und über die Radsatzwendekräfte (Tx- Kräfte) kann sich der Radsatz gegenüber dem Drehgestellrahmen symmetrisch drehen, bzw. radial einstellen. Die symmetrische Anordnung der Kupplung bzw. des Antriebes ist also vorteilhaft bei der Forderung einer radialen Einstellbarkeit. Nachteilig bei dieser Anordnung ist jedoch das Auftreten von Reibschwingungen. Sie verursachen Zusatzbeanspruchungen der Radsatzwelle in beträchtlichem Maße, reduzieren die mögliche Anfahrbeschleunigung (kritisch bei feuchter, nasser Schiene) und verursachen Vibrationen und Geräusche im Wagenkasten. Bei Lokomotiven ist das Problem der Reibschwingungen bekannt. Jedoch treten Reibschwingungen hier nicht bei vergleichsweise niedrigen Reibwerten auf. Dem Problem wird bei Lokomotiven durch Reduzierung des Schlupfes entgegengewirkt.
• Bei derzeit laufenden Bahn-Neuentwicklungen sind Reibschwingungen indessen auch bei kleinen Schlüpfen und in dem Geschwindigkeitsbereich von Anfahren bis zur quasi Höchstgeschwindigkeit vorhanden. Reibschwingungen können im Fall der außermittig angeordneten Kupplung bzw. des Antriebes durch die aufgeprägte Schwingung im Motormoment oder auch durch an der Motorwelle angeschlossene Winkelgeber erfasst werden.
• Im Fall der mittig angeordneten Kupplung bzw. des Antriebes befindet sich der Schwingungsknoten der Reibschwingung genau dort, wo die Kupplung bzw. der Antrieb sitzt. Damit kann das Auftreten der Reibschwingungen über die Kupplung nicht erkannt werden. Für die radiale Einstellbarkeit der Radsätze ist jedoch die mittige Anordnung des Antriebes vorteilhaft.
• Aus der Schrift DE-PS 489 856 ist eine geteilte Achse für Schienenfahrzeuge bekannt, um zu verhindern, dass bei Durchfahren von Kurven eines der Räder auf seiner Schiene gleitet. Hierbei besteht die Achse aus einem Schaftteil und einem Hülsenteil, in den der Schaftteil hineingesteckt ist. Der Hülsenteil weist über seine gesamte Länge einen konstanten Außendurchmesser auf. Der Schaftteil und die Bohrung des Hülsenteils sind konisch ausgebildet.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der es möglich ist, Reibschwingungen an Radsätzen von Schienenfahrzeugen zu vermeiden oder deutlich zu verringern und die Vorteile der radialen Einstellbarkeit beizubehalten.
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
• Die Erfindung sieht vor, dass die asymmetrische Ausbildung durch mindestens eine einseitige Versteifung der Radsatzwelle erfolgt, so dass zum einen der Schwingungsknoten der auftretenden Reibschwingungen aus der Mitte der Radsatzwelle verschoben und hierdurch das dynamische System Radsatzwelle mit den beiden daran angeordneten Rädern verstimmt wird. Hierdurch wird das Auftreten der unangenehmen Reibschwingungen unterbunden bzw. die Höhe der Schwingungsamplituden reduziert. Vorzugsweise erstreckt sich diese Versteifung über etwa die Hälfte der Radsatzwelle. Gemäß der Erfindung ist es jedoch auch möglich, dass die Versteifung durch Schalensegmente oder Schalenhälften gebildet ist, die auf die Welle aufgeschraubt sind. Auch hierdurch ist das vorstehend angesprochene Verschieben des Schwingungsknotens der Reibschwingungen bzw. die Verringerung der Schwingungsamplituden erzielbar. Eine besonders einfache Ausführungsform der Erfindung ergibt sich, wenn die Versteifung der Radsatzwelle dadurch ausgeführt wird, dass ihre etwa eine Hälfte einen um 10 mm größeren Durchmesser als die andere Radsatzwellenhälfte aufweist.
• Typischerweise ergibt sich hierbei für die versteifte Wellenhälfte ein Durchmesser von 170 mm gegenüber 160 mm Durchmesser der anderen Wellenhälfte.
• Wie vorstehend zum Ausdruck gebracht, muss sich die Versteifung nicht genau über die Länge einer Wellenhälfte erstrecken, so dass durchaus die Möglichkeit besteht, in der Mitte der Radsatzwelle in üblicher Weise ein Getriebe bzw. eine Kupplung anzuordnen.
• Die Reduzierung der Reibschwingungen ist um so effektiver, je größer der Unterschied der Steifigkeiten der beiden Radsatzwellenhälften ist. Ein Nebeneffekt der asymmetrischen Welle besteht darin, dass infolge der Verlagerung des Schwingungsknotens aus der Mitte der Radsatzwelle heraus eine mittig angeordnete Kupplung an einer eventuell noch vorhandenen Reibschwingung mit einer kleinen Amplitude teilnimmt. Damit lassen sich auftretende Reibschwingungen durch den Antrieb über die Analyse des Motormomentes oder durch Winkelgeber auf der Motorwelle ähnlich wie bei Lokomotiven identifizieren und durch zusätzliche Maßnahmen, wie Verringerung des Schlupfes, noch weiter reduzieren.
• Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
• 1 einen Längsquerschnitt durch einen Radsatz im Längsquerschnitt zum Einbau in Triebdrehgestelle oder zur Verwendung als angetriebene Einzelachse.
• Gemäß der Zeichnung ist ein Radsatz 1 für Schienenfahrzeuge im Längsquerschnitt gezeigt. Er besteht im wesentlichen aus einer Radsatzwelle 2 und im Bereich seiner Enden angeordneten Rädern oder Laufräder 3 und 4. Die etwa beiden Hälften der Radsatzwelle 2 weisen unterschiedlichen Durchmesser auf, wie dies durch die Durchmesserangaben 160 (mm) und 170 (mm) verdeutlicht ist. Gemäß der Zeichnung ist die auf die Weise ausgeführte Radsatzwelle 2 somit asymmetrisch ausgebildet. Durch den größeren Umfang bzw. Durchmesser der in Betrachtungsrichtung rechts gesehenen Wellenhälfte, ist diese Hälfte gegenüber der linken Radsatzhälfte versteift ausgeführt.
• In etwa der Mitte der Radsatzwelle 2 ist ein Befestigungsflansch 5 für das Getriebe zum Antrieb des Radsatzes 1 vorgesehen. Bei der gezeigten mittigen Anordnung des Flansches 5 kann man gegebenenfalls noch vorhandene Reibschwingungen kleiner Amplituden über die Analyse des Motormomentes oder durch Winkelgeber auf der Motorwelle identifizieren und durch weitere Maßnahmen, wie Verringerung des Schlupfes, noch weiter reduzieren.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Verringerung oder Vermeidung von Reibschwingungen an Schienenfahrzeug-Radsätzen (1), die eine Radsatzwelle (2) mit an ihren Enden angeordneten Rädern (3, 4) aufweisen, wobei die Radsatzwelle (2) in Längsrichtung asymmetrisch ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Radsatzwelle (2) eine einseitige Versteifung aufweist und die Antriebskraft mittig in die versteifte Radsatzwelle (2) eingeleitet wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifung eine sich über etwa die eine Hälfte der Radsatzwelle (2) erstreckende Wellenverdickung ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifung durch Schalenelemente gebildet ist, die auf der Radsatzwelle (2) angeordnet sind.