DE202017107670U1

DE202017107670U1 - Drehgestellrahmen für Schienenfahrzeuge aus einem Aluminiumgussteil

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Publication number: DE202017107670U1
Application number: DE202017107670.9U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-12-18
Filing date: 2017-12-18
Publication date: 2019-03-20
Anticipated expiration: 2027-12-19
Also published as: MX2020006484A; ES2909967T3; US11702118B2; WO2019121524A1; CA3085379A1; PL3727989T3; US20240059329A1; RU2757100C1; CN111511626A; EP3727989B1; US20210070328A1; EP3727989A1; CN111511626B

Abstract

Drehgestellrahmen (1) für Schienenfahrzeuge mit mindestens zwei Radsätzen, umfassend zwei über Achslager parallel zueinander verlaufende Längsträger (3), einen oder mehrere mit den Längsträgern (3) verbundenen Querträger (2) und einen Aufnahmebereich (5) für Funktionselemente, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehgestellrahmen (1) vollständig als ein Gussteil aus einer Aluminiumlegierung im Sandformguss mit einem Hohlraumprofil gefertigt ist, welches im Inneren Hohlräume (10) aufweist und über Verrippungen (8, 9) stabilisiert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehgestellrahmen für Schienenfahrzeuge mit mindestens zwei Radsätzen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Das Laufwerk eines Schienenfahrzeuges besteht aus einem Drehgestell, bei dem Radsätze in einem gegenüber dem Wagenkasten drehbaren Rahmen gelagert sind. Drehgestelle werden in verschiedenen Bauarten und Ausführungen gebaut. Ein sehr altes Drehgestell ist das Schwanenhals-Drehgestell oder Drehgestelle von Görlitz und Minden-Deutz. Das Chassis eines Drehgestells muss hohe Traglasten aufnehmen können und besteht aus wenigstens einem Querträger, auf dem das Zapfendrehgelenk der Karosserie des Waggons ruht. An den Enden des Querträgers sind zwei parallel zueinander angeordnete Längsträger befestigt. Die Längsträger stehen mittels einer Aufhängung mit den vier Rädern des Drehgestells in Verbindung. Die Aufhängungen bestehen aus unterschiedlichen Federgruppen, die koaxial montiert sind. Heute bestehen solche Federsysteme in der Regel aus einer Sekundärfederung und einer Primärfederung. Solche Drehgestelle sind beispielsweise in der EP 1 150 872 B1 , EP 1 637 425 A2 , US 4,258,629 A , DE 198 19 412 C1 oder EP 2 165 913 B1 beschrieben.
In klassischer Ausführung werden größere Eisenbahnwagen mit zwei Drehgestellen, die je zwei Radsätze aufweisen, ausgerüstet. Jedoch sind auch Ausführungen bekannt, bei denen je nach Eisenbahnwagenaufbau eine variable Anzahl von Achsen und Rädern pro Drehgestell zum Einsatz kommen kann. So wird man die Anzahl der Radsätze der erwünschten und zugelassenen Traglast eines Wagens anpassen.
An einem Drehgestellrahmen werden alle weiteren Teile wie beispielsweise Radsätze, Federung und Dämpfer befestigt. Zumeist besteht der Drehgestellrahmen aus einer geschweißten Stahlkonstruktion, zum Teil ist der Rahmen auch gegossen.
Das Drehgestell umfasst ferner einen Drehzapfen, auch Drehpfanne genannt, der das Drehgestell mit dem Wagenkasten verbindet und meist auch die Längskräfte zwischen Wagenkasten und Drehgestell überträgt. Das Drehgestell bewegt sich um die vom Drehzapfen gebildete vertikale Achse.
Die bisherigen Drehgestellrahmen sind äußerst schwer, weisen eine hohe Eigenspannung auf und unterliegen, wenn aus Stahl gefertigt, der Korrosion. Schweißkonstruktionen aus Stahlblechen und Stahlrohren sind äußerst aufwändig in ihrer Herstellung und somit kostenintensiv. Verschweißte Drehgestellrahmen weisen zudem Schweißnähte auf, die Spannungen ausgesetzt sind und bei starker Belastung reißen können. Solche Schweißnähte an Stahlkonstruktionen sind bei hochbelasteten Bauteilen, wie einem Drehgestellrahmen, besonders anfällig für mechanische Belastungen, welche letztendlich die mechanische Belastbarkeit der Bauteile herabsetzen.
Die bisher bekannten Drehgestellrahmen verursachen zudem laute Fahrgeräusche, welche nur durch aufwändige Dämpfungsmaßnahmen reduziert werden können.
Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drehgestellrahmen für Schienenfahrzeuge mit mindestens zwei Radsätzen bereitzustellen, das in seinem Gewicht um mindestens 40 % gegenüber einer Stahlkonstruktion reduziert ist und bei dem die Fahrgeräusche deutlich vermindert sind.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Drehgestellrahmen mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen wieder.
Der erfindungsgemäße Drehgestellrahmen für Schienenfahrzeuge mit mindestens zwei Radsätzen besteht aus zwei über Achslager parallel zueinander verlaufenden Längsträger, die mit einem oder mehreren Querträgern miteinander verbunden sind. Innerhalb des Drehgestellrahmens befindet sich ein Aufnahmebereich für eine Drehpfanne (Drehzapfen). Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass der Drehgestellrahmen vollständig als ein Gussteil aus einer Aluminiumlegierung im Sandformguss mit einem Hohlraumprofil gefertigt ist, welches Hohlräume aufweist und über Verrippungen stabilisiert ist. Somit liegt der Drehgestellrahmen als ein einziges Gussformteil vor, das die bislang bekannten Stahlkonstruktionen bei Drehgestellen für Schienenfahrzeuge ersetzen soll. Aufwändige Schweißarbeiten und spannungsanfällige Schweißnähte werden dadurch vermieden. Durch die Herstellung des Drehgestellrahmens aus einer Aluminiumlegierung reduziert man ferner die Kosten um ca. 30 bis 50 %. Dies ist ein erheblicher Vorteil gegenüber bekannten Drehgestellrahmen aus Stahl. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch die fehlenden Schweißnähte auch deren Überprüfung auf Spannungsrisse etc. entfallen kann.
Die Parameter des durch Sandformguss hergestellten Drehgestellrahmens sind auf die mechanischen Belastungen und die Erfordernisse der Verwindbarkeit optimal aufeinander abgestimmt. Vorzugsweise werden die Hohlräume des Hohlraumprofils des Drehgestellrahmens mit in der Form gelagerten Sandkernen aus chemisch gebundenen Sanden hergestellt. Durch die Vergütung der Aluminiumlegierung im Herstellungsprozess und die damit verbundene Wärmebehandlung ist das somit hergestellte Gussteil nahezu spannungsfrei. Durch die Konstruktion und die mechanischen Eigenschaften der Aluminiumlegierung lässt sich eine Gewichtsreduzierung von mindestens 40 % erreichen.
Durch die im Inneren des Gussteils ausgebildeten Hohlräume und die darin vorgesehenen Verrippungen wird die erforderliche Stabilität gewährleistet.
Die Hohlräume der beiden Längsträger und/oder eines Querträgers dienen vorzugsweise als Luftreservebehälter und können somit für die Luftfederung des Schienenfahrzeugs genutzt werden. Dies hat einen erheblichen Vorteil gegenüber den Luftreservebehältern bei bekannten Drehgestellrahmen, für die Traversen oder aus Stahlblech extra zu diesem Zweck geschweißte Luftbehälter eingesetzt werden müssen. Durch die im Hohlprofil ausgebildeten Hohlräume können Luftrerseverbehälter geschaffen werden, welche diese Funktion vollständig übernehmen können. Dadurch können aufwändige Konstruktionen über Traversen oder andere Formen von Luftbehältern entfallen. Natürlich muss sichergestellt sein, dass die dafür vorgesehenen Hohlräume des Hohlraumprofils luftdicht ausgestaltet sind.
In einer bevorzugten Variante sind ferner an der Unterseite des Drehgestellrahmens Bereiche vorgesehen, an denen Rippen zum Abhalten von Steinschlag ausgebildet sind. Diese Bereiche müssen vor Steinschlag geschützt werden. Die Rippen haben einen Abstand von wenigstens 20 mm und sind wenigstens 5 mm dick.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass zwischen den Rippen eine Gummierung eingebracht wird, vorzugsweise durch Aufspritzen einer wenigstens 5 mm dicken Schicht. Durch das Aufbringen der Gummierung können unter den Zügen angeschraubte Stahlbleche entfallen, was einen weiteren erheblichen Kosten- und Nutzenvorteil des erfindungsgemäßen Drehgestellrahmens darstellt.
Vorzugsweise kommt als Aluminiumlegierung eine Legierung aus Aluminium, Silizium und Magnesium zum Einsatz. Wahlweise können auch Mangan, Kupfer oder Zink zugemengt sein. Vorzugsweise soll jedoch der Kupfergehalt zur Vermeidung von Korrosionen gering gehalten werden. Die erfindungsgemäße Aluminiumlegierung ermöglicht ein Gussteil mit hohen mechanischen Eigenschaften und ist korrosionsfest. Vorzugsweise kommt für das erfindungsgemäße Gussteil AC-AlSi7Mg0, 3ST6 zum Einsatz. Das Gussteil selbst ist homogen und spannungsfrei aufgebaut. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gussteil zur Vermeidung von korrosionsverursachenden Flüssen mit einem elastischen Oberflächenschutz versehen.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass in der Gussform Stahlbuchsen angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Stahlbuchsen zur Kraftableitung gegenüber der Außenwand der Längsträger eingelassen. Diese Stahlbuchsen sind bündig mit der Außenoberfläche und sind nicht erhaben gestaltet. Die Stahlbuchsen nehmen die Lasten und Kräfte der Federn, insbesondere der Spiralfedern über den Achsen auf und leiten die Kräfte kontrolliert in das Aluminiumbauteil ein. Durch das erfindungsgemäße Gussteil aus Aluminium werden Lärm und Fahrgeräusche erheblich vermindert. Durch die Wahl der Verrippungen im Inneren der Hohlräume lassen sich Funktion und Stabilität miteinander effizient kombinieren. Die Verrippungen können beispielsweise aus bogenförmigen Rippen, Längsrippen oder Querrippen bestehen.
Die Erfindung wird in den nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.
In 1 ist eine Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Drehgestellrahmens 1 als Bauteil in Aluminiumguss gezeigt. Zu erkennen ist der erfindungsgemäße Drehgestellrahmen 1 mit zwei parallel zueinander angeordneten Längsträgern 3. Die beiden Längsträger 3 sind durch zwei miteinander verbundenen Querträgern 2 miteinander verbunden. Die beiden Querträger 2 sind wiederum über zwei zentrale Längsbrücken 4 miteinander verbunden, welche einen Aufnahmebereich 5 für Funktionselemente umfassen. An den beiden Querträgern 2 sind jeweils zwei sich gegenüberliegende Nasen 7 als Seitenanschläge ausgebildet.
An der Außenseite der Längsträger 3 sind Befestigungselemente in das Gussteil eingegossen, welche gegenüber der Oberfläche des Längsträgers 3 etwas erhaben sind. Durch die Abstufung können Lasten und Kräfte kontrolliert in das Innere des Aluminiumbauteils geleitet werden.
In 1 ist das Hohlraumprofil der in 1 gezeigten Ausführungsform gezeigt. Das Innere des Gussteils ist hohl und besteht aus einem oder mehreren Hohlräumen 10, die über Verrippungen 8, 9 voneinander getrennt sind. So erkennt man beispielsweise bogenförmige Rippen 8 und Querrippen 9 an den Stellen, welche besonders stark beansprucht werden. Diese Rippen 8, 9 stabilisieren das Gussteil und übernehmen die tragende Funktion.
In 2 ist eine Seitenansicht gezeigt. Man erkennt, dass die beiden Längsträger (3) mit zwei Querträgern (2) verbunden sind, an den jeweils zwei sich gegenüberliegende Nasen (7) als Seitenanschlag angegossen sind. Rippen 9 im Inneren des Gussteils werden als tragende Elemente eingesetzt.
In 3 ist die Darstellung von vorne gezeigt. Man erkennt den Aufnahmebereich 5 für Funktionselemente sowie die Längsbrücke 4. Die Stahlbuchsen 6 sind zur Kraftableitung gegenüber der Außenwand der Längsträger 3 eingelassen, sind bündig mit der Außenoberfläche und nicht erhaben ausgestaltet.
In 4 sind die einzelnen Verrippungen der Rippen 8, 9 des Hohlrauminnenprofils mit Hohlräumen 10 gezeigt.
Die erfindungsgemäße Konstruktion aus Aluminiumguss zeichnet sich durch eine erhebliche Kostenreduktion bei gleichzeitiger Gewichtsreduktion aus. Dabei werden die Fahrgeräusche erheblich vermindert. Aufwändige Schweißarbeiten, Traversen und Luftbehälter können entfallen. Dies stellt erhebliche Vorteile gegenüber bekannten Drehgestellrahmen dar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1150872 B1 [0002]
EP 1637425 A2 [0002]
US 4258629 A [0002]
DE 19819412 C1 [0002]
EP 2165913 B1 [0002]

Claims

Drehgestellrahmen (1) für Schienenfahrzeuge mit mindestens zwei Radsätzen, umfassend zwei über Achslager parallel zueinander verlaufende Längsträger (3), einen oder mehrere mit den Längsträgern (3) verbundenen Querträger (2) und einen Aufnahmebereich (5) für Funktionselemente, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehgestellrahmen (1) vollständig als ein Gussteil aus einer Aluminiumlegierung im Sandformguss mit einem Hohlraumprofil gefertigt ist, welches im Inneren Hohlräume (10) aufweist und über Verrippungen (8, 9) stabilisiert ist.
Drehgestellrahmen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume (10) mit in der Form gelagerten Sandkernen aus chemisch gebundenen Sanden hergestellt sind.
Drehgestellrahmen (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume (10) der beiden Längsträger (3) und/oder eines Querträgers (2) als Luftreservebehälter dienen.
Drehgestellrahmen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite des Drehgestellrahmens (1) Bereiche vorgesehen sind, an denen Rippen zum Abhalten von Steinschlag ausgebildet sind.
Drehgestellrahmen (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Rippen eine Gummierung vorgesehen ist.
Drehgestellrahmen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung aus Aluminium, Silizium und Magnesium, aber auch aus Mangan, Kupfer und/oder Zink besteht.
Drehgestellrahmen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussteil homogen und spannungsfrei aufgebaut ist.
Drehgestellrahmen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussteil mit einem elastischen Oberflächenschutz versehen ist.
Drehgestellrahmen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftaufnahme an der Federung durch Stahlbuchsen (6) unterstützt wird.
Drehgestellrahmen (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Stahlbuchsen (6) zur Kraftableitung in das Gussprofil der Längsträger (3) eingelassen sind.
Drehgestellrahmen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verrippungen (8, 9) bogenförmige Rippen (8) und Querrippen (9) umfassen.
Drehgestellrahmen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich (5) für Funktionselemente von Längsbrücken (4) begrenzt ist.
Drehgestellrahmen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Längsträger (3) mit zwei Querträgern (2) verbunden sind, an den jeweils zwei sich gegenüberliegende Nasen (7) als Seitenanschlag angegossen sind.