DE2337771A1

DE2337771A1 - Laufwerk fuer schienenfahrzeuge mit hoher fahrgeschwindigkeit

Info

Publication number: DE2337771A1
Application number: DE19732337771
Authority: DE
Inventors: Manfred Schindehuette
Original assignee: Wegmann and Co GmbH
Current assignee: Wegmann and Co GmbH
Priority date: 1973-07-25
Filing date: 1973-07-25
Publication date: 1975-02-13
Also published as: GB1456105A; US3988992A; DE2337771C3; CH582595A5; DD113724A5; FR2238624A1; IT1017404B; DE2337771B2; FR2238624B1; JPS5071008A

Description

DR. HEINZ FEDER DR. WOLF-D. FEDER

PATENTANWÄLTE
Düsseldorf

Akte 73-10/20-29

Dr.F/Wi

Firma Weqmann & Co., 35 Kassel, Wolfhaqer Str. 77-79

Laufwerk für Schienenfahrzeuge mit hoher Fahrgeschwindigkeit.

Die Erfindung betrifft ein Laufwerk für Schienenfahrzeuge mit hoher Fahrgeschwindigkeit, insbesondere für Schienenfahrzeuge für den Schnellverkehr, bei dem die LaufStabilität der Radsätze bis zu Geschwindigkeiten über 200 km/h gewährleistet werden soll. Unter Laufwerk« ist dabei der eine oder mehrere Radsätze enthaltende Teil des Fahrzeuges, insbesondere ein Drehgestell mit zwei oder mehr Radsätzen,zu verstehen.

Es ist bekannt, daß hohe Fahrgeschwindigkeiten erreicht werden können, wenn die Drehbewegung des Radsatzes bzw. des Drehgestelles um seine senkrechte Achse durch eine Drehhemmung gebremst wird. Es ist auch bekannt, daß die Wirkung einer Drehhemmung verbessert werden kann, wenn die Radsätze im Drehgestell bzw. am Wagen so gelagert sind, daß Bewegungen der Radachslager in Fahrtrichtung hohe Kräfte entgegenwirken, d.h. die Federkonstante in Fahrtrichtung groß ist.

Fahrgeschwindigkeiten bis 200 km/h können erreicht werden, wenn zusätzlich zu der in Fahrtrichtung sehr steifen Achs— führung ein Radprofil mit flacher Kegelneigung verwendet wird. Es hat sich jedoch gezeigt, daß das Radprofil sich durch

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Versc-hleiß ändert und schließlich eine Form annimmt, die praktisch unabhängig vom Ausgangsprofil ist und sich durch weiteren Verschleiß nicht mehr verändert. Dieses konstant bleibende Verschleißprofil weist aber eine verhältnismäßig große wirksame Kegelneigung auf, was zur Folge hat, daß oberhalb einer bej stimmten kritischen Geschwindigkeit eine Instabilität des Radsatzlaufes einsetzt. Dieser sogenannte Zickzacklauf erzeugt sehr große Seitenkräfte, so daß mit diesem Verschleißprofil Höchstgeschwindigkeiten nicht mehr gefahren werden können.

Um diese Instabilität zu vermeiden und Höchstgeschwindigkeit fahren zu können, mußten die Radsätze, um das Profil mit flacher Kegelneigung zu erhalten, häufig abgedreht oder abgeschliffen werden. Die Notwendigkeit, die Radsätze häufig abzudrehen oder abzuschleifen, ist aber im praktischen Betrieb nicht tragbar.
Die Stabilisierung des Radsatzlaufes durch eine Drehhemmung,

j die bei Geschwindigkeiten bis 200 km/h Erfolg hatte, ist bei Geschwindigkeiten über 200 km/h und Radsätzen, die ein Verschleißprofil haben, nicht mehr ausreichend.

Gemäß der Erfindung kann eine weitere Stabilisierung durch Verlängerung der Wellenlänge des Sinuslaufes, die auch bei Radsätzen mit Verschleißprofil eine Erhöhung der Geschwindigkeit bis 300 km/h ermöglicht, dadurch erreicht werden, daß die Radsätze in Fahrtrichtung steif, d.h. mit einer Federkonstante größer als 200 kp/mm pro Achslager entweder direkt am Wagenkasten oder in einem Gestell, welches mit dem Wagenkasten über eine der Drehung um eine senkrechte Achse entgegenwirkende Drehhemmung verbunden ist, geführt sind und cferen Radkränze mit den Radnaben in Umfangsrichtung elastisch verbunden sind. Wesentlich ist dabei, daß die in Umfangsrichtung elastischen Radsätze zusammenwirken mit einer in Fahrtrichtung steifen Lagerung, wobei die Wirkung nicht dadurch aufgehoben sein darf, daß die steife Lagerung durch die Drehung eines Drehgestelles unwirksam gemacht wird. Das Gestell, in dem die Achsen geführt sind, kann der Rahmen eines zwei- oder mehrachsigen Drehgestelles sein oder ein Gestell zur Verbindung der Wagenenden eines Gliederzuges.

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Die Wirkung dieser Korabination wird anhand folgender Überlegung verständlich:

Legt man ein Koordinatensystem zugrunde, dessen X-Achse der Fahrtrichtung entspricht, dessen Y-Achse horizontal quer zur Fahrtrichtung und dessen Z-Achse senkrecht auf der X- und Y-Achse steht, so bewegt sich der Radsatz mit konstanter Geschwindigkeit in X-Richtung. Dieser Bewegung überlagert sich beim Sinuslauf eine Schwingung in Y-Richtung und eine Drehschwingung um die Z-Achse.

Nimmt man vereinfachend an, daß das Trägheitsmoment des Radsatzes um die Z—Achse vernachlässigt werden kann, was allerdings nur bei kleineren Geschwindigkeiten zulässig ist, und setzt man weiterhin voraus, daß kein Schlupf zwischen Rad und Schiene auftritt, so führt der Radsatz nach einer Störung; einen reinen Sinuslauf aus, dessen Wellenlänge sich nach | folgender Formel errechnet:

1 « 21Γ I / ^s * ^r / * ' ^Cx

In dieser Formel bedeutet:

\ « Wellenlänge des Sinuslaufes

s * Abstand der Berühr«»gpunkte Radschiene in Y—Richtung

r * Radhalbmesser

ß ■ Kegelneigung des Radprofiles

C « Federkonstan-te am Achslager in X-Richtung

C. β Federkonstante des Rades in Umfangsrichtung an der Lauffläche.

Bei einem starren Radsatz, d.h. bei einem Radsatz, bei dem der Radkranz mit der Radachse starr verbunden ist, ist C. unendlich groß. Damit wird der Klammerausdruck unter der

— 4 —

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-A-

Wurzel gleich 1. Der Klammerausdruck unter der Wurzel wird
ebenfalls gleich 1, wenn C=O ist, d.h. wenn der Verschiebung der Radlager in X-Richtung keine wesentlichen elastischen
Kräfte entgegenwirken.

Soll nun die Wellenlänge X gegenüber dem Sinuslauf eines
starren Radsatzes ohne Drehhemmung vergrößert werden, so kann
dies dadurch erreicht werden, daß der Klammerausdruck unter
der Wurzel einen Wert größer als 1 erhält und dies wird dadurch erreicht, daß C \ 0 wird und C, einen endlichen Wert
hat, d.h. der Radkranz mit der Radachse nicht starr, sondern
elastisch nachgiebig verbunden ist. Durch die Kombination
einer verhältnismäßig hohen Federkonstanten der Radsatzlagerung in x-Richtung mit dem elastischen Radsatz wird somit eine
Wirkung erreicht, die jedes Kennzeichen allein nicht ergibt, \ denn wie die Formel erkennen läßt, kann weder durch Ver- j größerung vofn C ohne Anwendung eines elastischen Radsatzes, i

i noch durch Anwendung eines elastischen Radsatzes ohne aus- j reichend großes Cx die Wellenlänge über den Wert vergrößert
werden, der sich ergibt, wenn der Klammerausdruck unter der
Wurzel « 1 ist.

Bei hohen Geschwindigkeiten kann die Wirkung des Radsatzträg- j heitsmomentes um die Z-Achse nicht mehr vernachlässigt werden, ί Dieses Trägheitsmoment wirkt sich destabilisierend auf den Rad4 satzlauf aus. Dieser Einfluß wird aber umso kleiner, je größer j die Wellenlänge A des Sinuslaufes ist, da sich dabei eine j niedere Schwingungsfrequenz der Drehschwingung um die Z-Achse j

und dementsprechend auch eine kleine maximale Drehgeschwindigkeit bei der Drehschwingung ergibt.

' Ein Ausführungsbeispiel eines Laufwerkes nach der Erfindung
ist in den Figuren dargestellt.

Fig. 1 zeigt das Laufwerk in Seitenansicht.

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Fig. 2 zeigt das Laufwerk in Draufsicht.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch das Laufwerk nach Fig. 1, wobei ein Fahrzeugrad im Halbschnitt dargestellt ist.

Fig. 4 zeigt ein Radachslager des Drehgestelles nach Fig. 1 bis 3 in Seitenansicht.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch den Längsträger nach der Linie V-V in Fig. 4 und gleichzeitig einen Halbschnitt durch das Rad in der senkrechten Radialebene.

Der Wagenkasten 1 stützt sich über Luftfedern 2 auf einem Querträger 3 ab, der mit seitlichen Gleitstücken 4 auf dem Drehgestellrahmen 5 aufliegt. Der Querträger 3 ist mit dem Wagenkasten durch ein Gestänge verbunden, das aus den am Wagenkasten angebrachten Lagern 6 den senkrechten Hebeln 7, die durch das Rohr 8 starr miteinander verbunden sind und den waagerechten Lenkern 9, die an den Enden des Querträgers angelenkt sind, besteht. Dieses Gestänge hat den Zweck, eine Verdrehung des Querträgers gegen den Wagenkasten zu verhindern, ohne die Federung der Luftfedern 2 zu beeinträchtigen. Beim Durchfahren von Kurven kann sich der Drehgestellrahmen 5 um seine senkrechte Achse ausdrehen, unter Überwindung der Reibung zwischen den Gleitstücken 4 und dem Drehgestellrahmen. Durch einen Zentrierzapfen 10 ist der Querträger mit dem Drehgestellrahmen verbunden und durch eine Zugstange 11 werden die Längskräfte vom Wagenkasten auf das Drehgestell übertragen.

Jeder Radsatz besteht aus einer Radachse 12, auf die die Naben 13 aufgepreßt sind, dem Radkranz 14 und einer Zwischenlage mit V-förmigen Querschnitt aus elastischem Material, insbesondere Gummi. Durch diese Zwischenlage wird gewährleistet, daß sich der Radkranz gegen die Radnabe bzw. die Radscheibe um einen gewissen Betrag verdrehen kann, während durch die V—Form der Zwischenlage eine quer zur Fahrtrichtung harte Federung gewährleistet ist, so daß sich die Spurweite der Radkränze nicht merklich ändern kann. Die Radsätze sind in Achslagern 17 gelagert, auf die sich der Drehgestellrahmen

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in an sich bekannter Weise über die Federwiderlager abstützt, zwischen deren gegeneinander geneigten Stützflächen sich eine gummielastische Schicht 18 befindet, deren Dicke so bemessen ist, daß in Fahrtrichtung die Federkonstante größer als 200 kp/mm ist; bei einer Federkonstante von etwa 500 kp/mm wird bereits eine wesentliche Streckung der Sinuskurve und damit eine Steigerung der kritischen Geschwindigkeit erzielt.

Für den Radsatz können auch andere bekannte Konstruktionen verwendet werden, bei denen durch irgend welche Zwischenlagen eine Federung in Umfangsrxchtung erzielt wird.

Patentansprüche

- 7

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Claims

_ 7 —
Patentansprüche

:1.) Laufwerk für Schienenfahrzeuge mit hoher Fahrgeschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Radsätze in Fahrtrichtung (x) steif, d.h. mit einer Federkonstanten größer als 200 kp/mm pro Achslager entweder direkt am Wagenkasten oder in einem Gestell, welches mit dem Wagenkasten über
eine der Drehung um die senkrechte (z) Achse entgegenwirkende Drehhemmung verbunden ist, geführt sind und deren Radkränze

mit den Radnaben in Umfangsrichtung elastisch verbunden sind. j
2. Laufwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell, in dem die Achsen geführt sind, der Rahmen eines zwei- oder mehrachsigen Drehgestelles ist.

! 3. Laufwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell, in dem die Achsen geführt sind, zur Verbindung
j der Wagenenden eines Gliederzuges dient.

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