DE2356267C3

DE2356267C3 - Laufwerk für ein Schienenfahrzeug

Info

Publication number: DE2356267C3
Application number: DE2356267A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Ing. Groenkloof Pretoria Transvaal Scheffel (Suedafrika)
Original assignee: SOUTH AFRICAN INVENTIONS DEVELOPMENT CORP PRETORIA TRANSVAAL (SUEDAFRIKA)
Current assignee: SOUTH AFRICAN INVENTIONS DEVELOPMENT CORP PRETORIA TRANSVAAL (SUEDAFRIKA)
Priority date: 1972-11-10
Filing date: 1973-11-10
Publication date: 1981-01-08
Also published as: DE2356267B2; BR7308820D0; FR2206222B1; CA1018404A; CH574834A5; GB1449249A; FR2206222A1; SE389308B; IT1001732B; AU6233973A; DE2356267A1

Description

3. Laufwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Kopplungseinrichtung Dämpfungsmittel (254) aufweist.

4. Laufwerk nach einem der Ansprüche I bis 3, ίο dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Kopplungseinrichtung ein federndes Element (Schraubenfeder 230 bzw. Mittel 252) enthält.

5. Laufwerk nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrich- <r> lung erste und zweite Verbindungsstangen (244) enthält, die jeweils /wei diagonal einander gegen-Cberliegende Achslager (15) der Radsätze verbinden (Fig. 8).

6. Laufwerk nach einem der Ansprüche I bis 5. v\ dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung zwei gabelförmige Teile (Lenker 222) aufweist, die an ihren Scheitelpunkten in einem Gelenk (225 bzw. 235) aneinanderangelenkt sind, und deren freie Enden jeweils mit den Achslagern der Radsätze (13) v, verbunden sind.

7. Laufwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gelenk (225 bzw. 235) ein federndes Elemeni (Schraubenfeder 230) vorgesehen ist. ho

8. Laufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß an jedem der Achslager (15) ein Anpaßstück (26 bzw. 220) befestigt ist, und daß dei* lasttfagertde Rahmen (16 bzw. 260) über mindestens ein federndes Auflager (24 bzw. 266 bzw. 290) auf jedem Anpaßstück aufliegt.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Laufwerk für ein Schienenfahrzeug mit einem auf den Achslagern abgestützten lasttragenden Rahmen und mit mindestens zwei durch eine mechanische Kopplungseinrichtung gegensinnig miteinander gekoppelten Radsätzen, von denen jeder eine in Achslagern laufende Achse aufweist, an der die Räder fest angebracht sind.

Schienenfahrzeuge sind dynamisch instabil und die verschiedenen Teile des Fahrzeugs neigen dazu, während der Fahrt seitlich zu schwingen. Dieses Schwingen wird gemeinhin als Schlingern oder als Sinuslauf bezeichnet Bei der Verwendung von Radsäizen, bei denen die Räder fest mit den Achsen verbunden sind und konische oder profilierte Laufflächen aufweisen, tritt eine Selbstzentrierung der Radsätze auf den Schienen ein. Um die Zentrierungskraft zwischen Schiene und Rad möglichst groß zu machen und Berührungen der Schiene durch die Spurkränze zu vermeiden, sollten die Radlaufflächen eigentlich eine hohe Konizität haben und die von dem Wagenkasten auf die Radsätze ausgeübten Rücksielikrafic, die bestrebt sind, die Radsätze auf Geradeausfahrt einzustellen, sollten möglichst gering sein. Andererseits ist ein System mit hoher Laufflächenkonizität und geringen Rückstellkräften instabil und führt, insbesondere bei Geradeausfahrt, zu Schlingerbewegrngen, deren Frequenz mit der F-jhrzeuggeschwindigkeit etwa linear ansteigt. Ferner haben die Radsätze und Fahrzeugmassen Eigenschwingungen, weil sie durch elastische Abstützungen miteinander verbunden sind. Bei bestimmten Geschwindigkeiten überlagern sich die Eigenschwingungen und die geschwindigkeitsabhängigen Schwingungen der Radsätze, und das Fahrzeug wird instabil. Hierdurch wird in der Praxis die Maximalgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs beschränkt.

Es ist bekannt, daß eine vergrößerte Laufflächenkonizität die kritische Geschwindigkeit, bei der der Sinuslauf auftritt, herabsetzt, und daß andererseits die kritische Geschwindigkeit durch ein<? relax, ν steife Führung der Radsätze am Rahmen erhöht wird. Daher werden die Laufwerke mit beinahe starren Längselementen, wie Achshaltern, Ankern u.dgl.. und einer relativ geringen Laufflächenkoni/itä; im Bereich von I : 20 bis I : 40 ausgestattet. Der zuletzt genannte Wert wird für Hochgeschwim¹ t'keits-Personenfahrzeuge verwandt. Auf diese Weise läßt sich zwar ein schlingerfreies Fahren bei hohen Geschwindigkeiten auf geraden Strecken erzielen, jedoch leidet das Kurvenverhalten, weil die Längselemente eine Radialeinstellung der Radsätze im Bogen nicht zulassen. Bei Kurvenfahrt tritt daher Schlupf an den Schienen auf. und der Spurkranz des Außenrades läuft an der Innenseite der Schiene an. Ferner berücksichtigen geringe Laufflächenkonizitäten nicht den korrekten Unterschied der Rolldurchmesser von Innenrad und Außenrad beim Durchfahren einer Kurve. Bei konventionellen Laufwerken wird daher eine ausreichende Radsatzstabilität durch eine schlechte Kurvengängigkeit des Fahrzeugs erkauft.

Sr>wc)hl bei Fahrzeugen, die zum Schlingern neigen, als auch bei solchen Fahrzeugen, die zwar nicht schlingern, im Bogen jedoch wegen mangelnder Anpassung der parallel geführten Achsen Schlüpf erzeugen und nur durch Spurkranzberührung im Bogen geführt werden können, läßt sich ein »Abnutzungsprofil« für die Radlaufflächen nicht sinnvoll verwenden, d. h. ein Profil, bei dem die Konizität sich bei zunehmender Laufflächenabnutzung nicht wesentlich verändert. Dies liegt daran, daß die Räder der Gleiskrümmung nicht

folgen können und eine schlupffreie Bewegung nicht möglich ist, obwohl das Abnutzungsprofil den richtigen unterschied der Rolldruckmesser erzeugen kann.

Bei einem bekannten Schienenfahrzeug der eingangs genannten Art (DE-OS 16 05 826) sind die Radsätze durch elastische diagonaie Stangen und elastische Längsstangen miteinander gekoppelt, so daß Rückstell-Icräfte ausgeübt werden, die bestrebt sind, die Achsen der Radsätze parallel zu halten. Bei einem derartigen Fahrzeug sind die Radsätze jedoch nicht selbstlenkend, weil sie sich beim Bogenlauf nicht zwangsläufig mit ihren Achsen auf den Bogenradius einstellen. Vielmehr können auch parallelogrammförmige Verformungen des Laufwerks erfolgen. Außerdem erfolgen alle elastischen Verformungen ausschließlich in dem die Radsätze verbindenden Gestänge, so daß der lasttragende Rahmen und der auf ihn ruhende Wagenkasten keine Auswirkungen auf das elastische System haben. E5ei einer anderen Variante ist der Wagenkasten auf dem Drehgestell mittels vertikaler Federung abgestützt Diese Federung hat in seitlicher Richtung und in Längsrichtung eine nur ganz geringe Steifigkeit und ist somit nicht imstande, wesentliche Seitenkräfte oder Längskräfte von dem Wagenkasten auf die Radsätze zu übertragen.

Ferner ist ein Drehgestell für ein Schienenfahrzeug bekannt (US-PS 36 38 582), bei dem zwischen dem lasttragende" Rahmen und den Achslagern seitlich und in Längsrichtung federnde Auflager vorgesehen sind. Die federnden Auflager ermöglichen die individuelle so Ausrichtung der einzelnen Radsätze zur Anpassung an den Schienenverlauf, wodurch das Kurvenverhalten verbessert, gleichzeitig aber die Schlingerstabilität verringert wird.

Schließlich ist es bekannt, die Achslager in Längsrichtung verschiebbar anzuordnen und eine Dämpfungseinrichtung vorzusehen, die eine mit wachsender Giergeichwindigkeit des Radsatzes zunehmende Dämpfung tufweist (DE-OS 19 46 445). Damit soll während der liogenfahii eine Anpassung an den Schienenverlauf ermöglicht werden, während Schlingerbewegungen itärker bedämpft werden. Die F.liminierung von Schlingerbewegungen ist hiermit jedoch nicht möglich, da eine Dämpfungsvorrichtung erst wirksam werden kann, wenn das Laufwerk bzw. der Radsatz bereits i> schlingen. Die Schlingerbewegungen werden also tllenfalls verringert, nicht aber unterbunden.

Bekannt sind ferner profilierte Laufflächen mi. hoher effektiver Konizität (DE-PS 8 62 458), um die Frequenz der Frregerschwingungän für den Sinuslauf möglichst hoch zu legen. Der Sinuslauf selbst wird hierdurch aber nicht unterdrückt.

Aufgabe der im Patentanspruch I angegebenen Erfindung ist es. pin Laufwerk der eingangs genannten A.rt 7\\ schaffen, bei dem Kurvengängigkeit und Fendelstabilität in hohem Maße vereinigt sind, so daß die Achsen Selbststeuern sind. d. h. sich bei Kurvenfahr-U:n auf den Bogenradius einstellen, während Schlingerbewegungen (insbesondere bei Geradeauslanf) stabilisiert bz%v. unterdrückt werden. f,p

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß diürch die Kombination der teilweise für sich bekannten Merkmale,

Auflager vorgesehen sind, und
c) daß die Steifigkeit der federnden Aufiager derart bemessen ist, daß bei Kurvenfahrt die elastischen Rückstellkräfte an jedem Radsatz kleiner sind als die durch die Laufflächenkonizität erzeugten Lenkkräfte.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Infolge der hohen effektiven Konizität der profilierten Radlaufflächen entsteht bei Kurvenfahrt an den Radsätzen ein Unterschied der Laufdurchmesser zwischen dem inneren Rad und dem äußeren Rad, so daß die Räder sich radial zur Kurve einstellen und nahezu schlupffrei auf den Schienen abrollen, ohne daß ein Kontakt zwischen Spurkranz und Schiene entsteht. Durch die gegensinnige Kopplung der Radsätze in Verbindung mit den seitlich und in Längsrichtung federnden Auflagern wird erreicht, daß die Schwingun gen der Radsätze und des R.'.-mens gegenphasig zueinander sind, so daß diese Schwin jungen über die elastische Aufhängung eines jeden Radsatzes gegensinnig aufeinander einwirken. Die Schwingungen löschen sich teilweise aus, und es entstehen Stabilisierungskräfte (Krie' hkräfte) im Berührungsbereich Rad/Schiene. Bei Kurvenfahrt stellen sich die Achsen also in weiten Geschwindigkeitsbereichen und weiten Kurvenradienbereichen selbsttätig auf den Bogenradius ein. ohne daß eine Spurkranzberührung mit der Schiene stattfindet. Bei Geradeausfahrt ist infolge der Längs- und Querstabiiisierung der Radsätze in Verbindung mit der gegensinnigen Kopplung und der hohen effektiven Laufflächenkonizität eine schlingerfreie Fahrt gewährleistet. Die wichtigsten Faktoren, die die Lenkeigenschaften eines jeden Radsatzes beeinflussen, sind die Laufflächenkonizität und der Kurszwang der Radsätze in bezug auf d(.n lasttragenden Rahmen des Fahrzeugs.

Auch die Masse des Fahrzeugs und da,. LauHächenprofil beeinflussen die Steuerungsfähigkeit der Radsätze. Dies ist dadurch bedingt, daß die Verwendung p.ofilierter Radlaufflächen mit hoher effektiver Konizität, die ausreicht, um eine Spurkranzberührung zu vermeiden und eine Rollbewegung der Räder sicherzustellen, zu einer schwerkraftbedingten seitlichen Kraft führt, die bei seitlicher Auslenkung der Radsätze in Richtung auf das Rad. das auf dem kleineren Rolldurchmesser läuft, gerichtet ist. Diese schwerkraftabhängige Kraft hat P influß auf die Radsatzlenkung bei Kurvenfahrt. Es ist bekannt, daß diese »schwerkraftbedingte Rückstellsteifigkei'« C, angenähert (linearisiert) nach der folgenden Beziehung mit der Achslast zunimmt:

a) daß die effektive Konizität der Laufflächen der Räder größer ftt» lsi :20,

b) daß zwischen cjerf, 'asttragenden Rahmen und den Achslagern seitlich und in Längsrichtung federnde

65 Hierin ist Wdie Achslast, γ die effektive Konizität du' profilierten Radlaufflächen. R der Krümmungsradius der Radlauffläche und fin der Winkel /wischen der Rad/Schiene-Berdhrungsebene und der Horizontalen bei vertikalem Rad,

Theoretische Überlegungen zeigen, daß ehe Spurkranzberührung vermieden und eine rfcine Rollbewegung der Räder bei üblichen Kurvenradien erreicht werden kann, wenn die Steifigkeit k der federnden Elemente in Längsrichtung die folgende Bedingung erfüllt:

k < 2G_r oder C, < 4G_rh².

Hierin ist G_r die »schwerkraftbedingle Rückstellsteifigkeit« und CV der Kurszwang, d. h. das von den federnden Elementen bei Gierbewegungen auf den Radsatz ausgeübte Rückstellmoment.

Gemäß den obigen Gleichungen (I) und (2) ist in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Längssteifigkeil k der federnden Auflager in Fahrtrichtung kleiner ist als

Rt)_n

wobei

VVmat die maximale Achslast,

>· die effektive Konizität der profilierten Radlaufflächen,

R der Krümmungsradius der Radlauffläche und

Λη der Winkel zwischen der Rad/Schiene-Berührungsebene und der Horizontalen bei Mittelstellung des Radsatzes ist.

Hieraus ergibt sich für den Kurszwang Cydie Beziehung

Wy

C,<2b*

(3)

k<z G_r

oder C₁. 'S: 2

G_r

(5)

IO

\-y

20

Cy ist hierbei der Kurszwang, der von den beiden auf den Radsatz einwirkenden elastischen Elementen der Steifigkeit k, die einen Abstand von 2b haben, ausgeübt wird. Für kleine Auslenkungen ergibt sich für den Kurszwang

Ct = Ib¹U. (4)

Obwohl diese Bedingungen eine gute Einstellung der Radsätze im Bogen gewährleisten, wird zweckmäßigerweise k so gewählt, daß die folgenden Beziehungen erfüllt sind:

•40

wobei 2 ■ /der Abstand zwischen den Berührungspunkten zwischen Rad und Schiene bei derselben Achse ist Diese Beziehung stellt sicher, daß die diagonalen Kopplungsteile auch in den schärfsten Kurven nahezu zwangrrei sind. Normalerweise ist der Abstand 2 · b größer als der Abstand 2 - /, wenn nämlich die Achslager außerhalb der Räder liegen. In diesem Fall

beträgt^ etwa0.5.

Da bei voll beladenem Fahrzeug die größte Rad- und Spurkranzabnutzung erfolgt, wogegen die Pendelstabilität bei leerem Fahrzeug am geringsten ist, wird in Gleichung (1) die Maximallast eingesetzt, um den Kurszwang Cy bzw. die Steifigkeit der federnden Auflager in Längsrichtung festzulegen. Wenn sich in einer Kurve der Kontaktpunkt auf dem Rad in die Kehle des Spurkranzes hineinbewegt verläuft die schwerkraftbedingte Rückstellsteifigkeit Gr progressiv, weicht also von der in Gleichung (1) gegebenen linearen Beziehung ab.

Es gibt daher keinen genau definierten Grenzwert zur Bestimmung des Kurszwanges Cy. Die oben angegebenen Formeln dienen jedoch als Leitlinie für den Konstrukteur, doch kann die Selbstlenkeigenschaft sowie eine ausreichende Rollbewegung auch noch in einem Bereich erzielt werden, der außerhalb dieser Formeln liegt

U/oiran Ae*w r-£*Iot,xr nia/lrifran Qf-otftrrLet*» Aa.*- fadam^o«

TT V£V11 UW IVlUlIT IllbUI IgVtI ^tl.lllgl\t,Il UVI IVUVI ItUUI

Auflager in Längsrichtung kann es nötig werden, einen Längsanker anzubringen, der den Radsatz lediglich in

50

55

60

65 Längsrichtung des Fahrzeugs festhält, die Querbewegutigen oder Gierbewegungen aber nicht beeinträchtigt Dies ermöglicht eine sichere Übertragun| der Brems- und Antriebskräfte. Für angetriebene Räder, beispielsweise an einer elektrischen oder dieselelektrischen Lokomotive, kann ein Längsanker an den Motor selbst angekoppelt sein, wobei der Motor drehfest auf der Achse montiert ist

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Laufwerk ergibt sich infolge der Vermeidung von Schlupf nicht nur eine geringe Abnutzung der Rädlauffiäche sondern auch der Schienen. Dieser Effekt wird noch dadurch verstärkt, daß Abnutzungsprofile, Heumann-Profile oder ähnliche Laufflächenprofile verwendet werden können. Solche Laufflächenprofile verändern bei Laufflächenabnutzung ihre geometrische Form nur geringfügig. Dadurch wird sichergestellt, daß sich die Betriebscharakteristik (Schlingerstabilität, Kurvenlauf, Lsufruhe^ dss Fahrzeugs ir; AbhsR"i"ks!* vor der Laufflächenabnutzung der Räder nicht verschlechtert.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Drehgestell-Schienenfahrzeug mit Lagerung bzw. Radsatzaufhängung,

F i g. 2 eine schematische Ansicht eines Radsatzes zur Verdeutlichung bestimmter Abmessungen und geometrischer ^verhältnisse,

F i g. 3 und 4 die Draufsicht bzw. eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform,

F i g. 5 und 6 die Draufsicht b7w. eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform,

F i g. 7 und 7a ein Kopplungsteil in Seitenansicht bzw. in Draufsicht,

F i g. 8 und 9 die Draufsicht bzw. eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform,

F i g. 10 und 11 die Draufsicht bzw. eine Seitenansicht eines vierrädrigen Wagens,

Fig. 12 und 13 die Draufsicht bzw.eine Seitenansicht eines mit Gliederquerlenkern ausgestatteten dreiteiligen Drehgestells und

Fig. 14 und 15 zwei Ausführungsformen einer Lagerung zur Kupplung dreier Radsätze.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 ist das Drehgestell eines Schienenfahrzeuges mit Wagenkasten 100 mit 10 bezeichnet. Das Drehgestell 10 ist als konventionelles dreiteiliges Drehgestell mit zwei Radsätzen 13. an den Radsätzen montierten seitlichen lasttragenden Rahmen 16 und einer Wiege 18 ausgebildet die in der Mitte zwischen den Rahmen und parallel zu den Radsätzen angeordnet ist Die Wi ge 18 ruht auf Schraubenfeder!! 20 und ist in Längsrichtung durch ein bekanntes System aus Keilen 108 und Reibplatten 110 positioniert Die Keile werden durch Federn 112 gegen eine Schrägfläche der Wiege 18 gedrückt Dieses System erlaubt Bewegungen der Wiege in Quer- und Senkrechtrichtung den Rahmen. Die Querbewegung wird durch (nicht dargestellte) Anschläge begrenzt

Die generell mit 22 bezeichneten Enden der Rahmen haben Brückenkonfiguration. Die Basisflächen der Brückenabstützungen sind mit 23 und 23' bezeichnet Jede Basisfläche ruht auf einem federnden Auflager 24, das abwechselnd Schichten aus Stahlpiatten und Gummipolstern aufweist Derartige Verbundelemente können so konstruiert werden, daß sie geringe Federsteifigkeiten in Längsrichtung und in Seitenrichtung haben. An ihrer Stelle können auch andere

Auflager verwendet werden, die diese Eigenschaften haben, z. B. Pendelgehänge (Schaken). Die Auflager 24 sind auf horizontalen Flanschen 28 von Anpaßstücken 26 montiert. Die Anpaßstücke 26 sind an Achslagern 15 montiert, die auf staff äff Rädern 12 befestigten Achsen 14 aufruhen. Die Räder sind mit »verschleißangepaßten« Standard-profilierten Laufflächen ausgestattet.

Es udJlte vermerkt werden, daß (gemäß F i g. 2) die Berührungsflächen zwischen den federnden Auflagern 24 und den Flanschen 28 auf den Anpaßstücken 26 in einer gemeinsamen Horizontalebene liegen, die durch die Mitte der Achse 14 hindurchgeht. Wenn dies aus konstruktiven Gründen unzweckmäßig ist. dann können die Auflager auch im Abstand von dieser Horizontalebene liegen, jedoch nur dann, wenn eine Feder in einer bestimmten Entfernung oberhalb der Horizontalebene und die andere Feder in derselben Entfernung unterhalb der Horizontalebene liegt. Diese Anordnung der Berührungsfläche ist notwendig, um sicherzustellen, daU kein Moment auf das Anpaßstück 26 einwirkt, wenn der Radsalz in Gierung ist (bei Seitenverschiebung der Räder), d. h. es darF keine Drehung des Anpaßstückes 26 um die Achse 14 stattfinden.

Die federnden Auflager 24 (gleich welcher Art) haben inhärente Dämpfungseigenschaften. Um sowohl die Dämpfung zu vergrößern als auch eine wählbare Dämpfungscharakteristik erzeugen zu können, sind viskose Dämpfer oder Reibungsdämpfer 30 in Längsrichtung und seitlieh zwischen den Rahmen 16 und den Anpaßstücken 26 vorgesehen. Es kann auch ein Einzcidämpfer vorgesehen sein, der unter einem Winkel angreift.

Der Radkasten 100 ist auf dem Drehgestell 10 mittels eines Zentrierungslochzapfens 106 befestigt, der mit einer auf der Wiege 18 montierten Verschleißplatte 104 versehen ist. An dem Radkasten 10 ist ein entsprechender Drehzapfen 102 angebracht, der in den Lochzapfen 106 eingreift. Damit kann das Drehgestell sich relativ zu dem Wagenkasten frei drehen.

Die Radsätze könnenn auch direkt durch einen elastischen Dipgonalanker miteinander verbunden werden. Auf dipse Wpicp Ifnnnsii Al& onf rijo R.adsätzc einwirkenden Rückstellkräfte in drei Komponenten aufgelöst werden, d.h. die Kurszwangkraft k, die Seitenzwangkraft k_T und die Diagonalzwangkraft kb. Dies impliziert, daß nun eine größere Freiheit für die Wahl der verschiedenen Parameter zur Erzielung einer ausgezeichneten Kurvengängigkeit vorhanden ist, während hinsichtlich der Schlingerstabilität keine Verschlechterungen in Kauf genommen werden müssen. Mit anderen Worten: es ist nun möglich, die Gierungsrückstellung k so gering wie für das Kurvenverhalten nötig zu machen und dann die zur Erzielung der Schlingerstabilität benötigte Rückstellung durch Wahl eines geeigneten Wertes für k_b zu ergänzen. Ferner ist der Diagonalanker während der Kurvenfahrt unbelastet, weil die Kupplung zwischen den Radsätzen diagonal ist

Fig.3 und 4 zeigen schematisch einen Teil des Laufwerkes mit der elastischen Kopplung. Die Enden der Achse 14 sind am Achslager 15 befestigt an dem ein Anpaßstück 220 angreift An jedem der Anpaßstücke 220 ist ein Arm eines Lenkers 222 befestigt der aus einem elastischen Material, wie Messing, Bronze oder behandeltem Stahl bestehen kann. Der andere Arm des Lenkers 222 ist an dem anderen Ende der Achse 14 an dem entsprechenden Anpaßstück befestigt Die Scheitelpunkte der Lenker 222 sind durch ein Gelenk 225 miteinander verbunden. Dieses weist einen gegenüber den Scheitelpunktftlitten der Lenker 222 versetzt angeordneten Vorsprung 226 auf, einen Fluiddärnpfef oder einen Reibungsdämpfer 228 und eine Schraübenfe^ der 230, die den Dämpfer 228 umgibt. Dies ist jedoch nicht die einzig mögliche Konstruktion, sondern es können auch andere Federelemente und ändere Dämpfungselemente Verwendet werden, wie Blattfedern, Gummikissen od. dgl. Außerhalb der Radsätze'

ίο sind U-förfriige Bügel 224 zur Verstärkung der Lenker 222 vorgesehen und an den Anpaßstücken 220 befestigt.

Wenn während des Betriebs einer der Radsätze 13

schwingt oder um eine durch das Achszentrum hindurchgehende vertikale Achse herumgiert, bewegt

t5 sich der Scheitelpunkt des zugehörigen Lenkers zur Seite hin. Ein Teil dieser Bewegung wird über das Gelenk 225 auf den anderen Lenker und auf den anderen Radsatz übertragen. Die Elastizität der Lenker Und des Gelenks bewirkt jedoch eine Frequenz- und eine Phasenänderung zwischen den Radsätzen. Einfach ausgedrückt: der reagierende (antwortende) Radsatz ist ebenfalls bestrebt zu gieren, jedoch mit einer geringfügig veränderten Frequenz und Phasenlage zu der ursprünglichen Gierbewegung und. da zusätzliche Kriechkräfte ins Spiel kommen, besteht die schließlich erreichte Wirkung darin, daß dem Radsatzpendeln entgegengewirkt wird.

Das Gelenk 225 zwischen den Lenkern 222 ist so ausgebildet, daß es nur sehr kleine Drehmomente zwischen den Lenkern übertragen kann. Dies bedeutet, daß während der Kurvenfahrt nur ein minimaler Zwang auf jeden Lenker ausgeübt wird und daß jeder Radsatz der Gleiskrümmung frei folgen kann, da die Längsfederung k zwischen den Achslagern und dem lasttragenden Rahmen ebenfalls so ausgelegt ist, daß sie nur ein geringes Rückstellmoment Cv auf die Radsätze ausübt. Daher wird bei jedem Radsatz ein optimales Kurvenverhalten erreicht und das Laufwerk hat eine bessere Lenkbarkeit als konventionelle Laufwerke.

In F i g. 5 und 6 ist eine Kopplung dargestellt, bei der eine Querstange 232 zur Verstärkung des Lenkers 222

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ein herkömmliches Splintgelenk mit einem am Scheitelpunkt eines der Lenker 222 vorgesehenen Flansch 234,

einem zweiten Flansch oder einem Doppelflansch 236 an dem anderen Lenker 222 sowie mit einem durch die übereinanderliegenden Löcher in beiden Flanschen 234 und 236 hindurchgesteckten Bolzen 237 und einer Gummihülse oder einem Gummifutter 238, das um den Bolzen 237 herum angeordnet ist. Das Futter 238 schafft zusätzliche Seitenelastizität für die Lenker.

Im Betrieb ist die Kopplung ähnlich derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels mit der Ausnahme, daß das Gelenk 235 einen definierten Drehpunkt hat, der von dem Bolzen 237 gebildet wird. Wenn daher das Fahrzeug eine Kurve durchfährt bewegen sich die Scheitelpunkte der Lenker 222 in der gleichen Richtung zur Seite hin, und da diese Bewegung eine reine Drehbewegung um den Bolzen 237 ist entstehen keine Momente in dem Gelenk 235. Durch Auswahl der Zusammensetzung und Gestaltung des Gummifutters 238 kann die Lagerung abgestimmt werden, so daß man eine optimale Pendelstabilität der Radsätze erhält und gleichzeitig einen stabilen Lauf des gesamten Fahrzeu-

ges (Ausschaltung von Resonanzschwingungen der Fahrzeugmassen).

Eine weitere Ausführungsform des Gelenks, das zwischen den Lenkern 222 verwendet werden kann, ist

in den Fig.7 und 7a dargestellt und genereil mit 325 bezeichnet. Das Gelenk 325 weist einen kanelförmigen Abschnitt 320 mit kleinem Querschnitt und einen kanalförmigen Abschnitt 321 mit großem Querschnitt auf. Die Querschnitte der kanalförmigen Abschnitte sind jeweils U-förmig. Jeder der Abschnitte 320 und 321 ist an einem der Lenker 222 derart befestigt, daß Abstandhalter 322 zwischen die Abschnitte und die Lenker eingesetzt werden können. Die Abschnitte 320 und 321 überlappen sich in Längsrichtung und sind durch Gummikissen 323 und 324, die an die Innenseite des Abschnittes 321 mit größerem Querschnitt und die Außenseite des Abschnittes 320 mit kleinerem Querschnitt in der in Fig. 7a dargestellten Weise anvulkanisiert sind, d.h. jeweils zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen, verbunden.

Dieses Gelenk 325 ist einfach und billig in der Herstellung. F.s ist dauerhaft und hat die geforderten Eigenschaften sn Elastizität und minim^^m Vf*-*"!***¹*- Übertragungsverhalten. Ein derartiges Gelenk kann ferner als Standardteil in Verbindung mit Lenkern standardisierter Größen verwendet werden, weil durch die Abstandhalter eine Anpassung an unterschiedliche Seitenlängen des Drehgestells für das zusammengesetzte System möglich ist. Selbstverständlich können auch bei den anderen Ausführungen Abstandhalter an geeigneten Stellen vorgesehen sein, z. B. an dem Gelenk oder an den Anpaßstücken 220.

Die Fig.8 und 9 zeigen schematisch eine Ausführungsform, bei der die Radsätze 13 durch zwei diagonale elastische Verbindungsstangen 244 miteinander verbunden sind. Jede Verbindungsstange 244 erstreckt sich von einem Achslager eines Radsatzes diagonal zu einem Achslager des anderen Radsatzes. Die Enden einer jeden Verbindungsstange 244 sind unter Verwendung von Splintverbindungen 246 an den Achslagern befestigt. Die Splintverbindungen 246 sind so angeordnet, daß die Verbindungsstangen in einer nahezu horizontalen Ebene geschwenkt werden können. Eine der Verbindungsstangen 244 hat einen Schlitz 248, der sich über etwa die halbe Länge erstreckt und ausreichend breit ist, uh die andere Verbindungsstange hindurchlassen zu können. Eine Alternative zu dieser Anordnung besteht darin, eine oder beide Verbindungsstangen in der Nähe des Kreuzungspunktes zu krümmen. Jede der Verbindungsstangen 244 enthält parallele elastische Mittel 252 und Dämpfungsmittel 254, die beispielsweise aus einer Schraubenfeder und einem Flüssigkeitsdämpfer bestehen. Andere geeignete Feder- und Dämpfungsmittel, die benutzt werden können, sind beispielsweise Gummikissen, gebogene Blattfedern od. dgl. Obwohl in der Zeichnung die Glieder symmetrisch dargestellt sind, ist dies in der Praxis nicht unbedingt erforderlich.

Die Enden 22 der Rahmen 16 können, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist einstückig mit den Anpaßstücken 220 hergestellt werden, d. h. entweder während des Gießens bzw. der Formgebung oder nachfolgend durch Schweißen od. dgl. In einem solchen Fall müssen die Enden zur Seite hin flexibel sein, was ω durch Wahl eines geeigneten Materials (z. B. Bronze) erreicht werden kann und/oder durch Krümmung der Enden, so daß sie in der Biegung federn.

Im Betrieb wird durch die Verbundstangen 244 erreicht daß sich die Radsätze auf der Geraden 6^ gegensinnig um ihre Vertikalachsen drehen (gieren). Wie Theorie und Praxis zeigen, ergibt dies eine optimale Dämpfung der Radsatzpendelbewegung bei vorgegebener Längssteifheit k. Während einer Kurvenfahrt folgen beide Radsätze der Gleiskrümmung, da die diagonalen Kopplungsglieder die Radialeinstellung der Radsätze im Bogen nicht behindern.

Zum Schluß der Erläuterungen über diagonale Kopplungen sei folgendes bemerkt:

a) Für alle Ausführungsformen mit kreuzweise angeordneten Verbindungsstangen ist es auch möglich, auf eine der Verbindungsstangen zu verzichten, z. B. wäre eine Verbindungsstange 244 oder ein Arm eines Radquerlenkers, der an dem Anpaßstück 220 so befestigt ist, daß er seitlich nicht verschränkt werden kann, ausreichend.

b) Die Arme der Radquerlenker 222 können einstükkig mit den Anpaßstücken 220 hergestellt werden.

c) Auf elastische und/oder dämpfende Einrichtungen 250, die parallel zu den Gliedern 244 liegen oder j'jf die anderen elastischen oder dämpfenden Einrichtungen (Teile 228, 238 und 230) kann verzichtet werden, wenn genügend Elastizität in den für die Querlenker oder die elastischen Verbindungsstangen verwendeten Materialien vorhanden ist. Die Materialien haben ferner jeweils eine bestimmte Dämpfungshysterese. Durch Auswahl der Materialzusammensetzungen und der Abmessungen der Querlenker oder der Glieder kann man die erforderlichen Koeffizienten erhalten.

d) Die Diagonalkopplung wird als Pendelstabilisator verwendet und ist während der Kurvenfahrt unbelastet, weil die Längssteifigkeit der Radsatzführungselemente zum Rahmen so niedrig bemessen ist, daß eine natürliche durch die Radlaufflächenkonizität verursachte Radialeinstellung der Radsätze stattfindet.

Die Fig. 10 und 11 zeigen einen Zweiachser, der den lasttragenden Rahmen 260 bildet und der mit Glieder-Querlenkern ausgestattet ist. Der Wagen enthält einen durch Befestigungsmittel 262 auf zwei Radsätzen 13 elastisch abgestützten Wagenkasten 261. Jedes Befestigungsmittel 262 weist eine Achsführung 264 auf, die mit federnden Auflagern 266 in Form von Pendelelementen an einem Gehäuse 270 betestigt ist. Das Oenause 270 ist seinerseits an den Anpaßstücken 220 mit Schraubenfeder abgestützt. (Es können auch Gummikissen oder Verbundelemente verwendet werden.) Seitlich zwischen den Anpaßstücken 270 und der Achsenführung 264 ist Spiel vorhanden, so daß die Radsätze sich in den Achsführungen in Längsrichtung bewegen können. Das Spiel liegt in der Größenordnung von 3 bis 15 mm.

Das Spiel stellt sicher, daß die Lenkfähigkeit der Radsätze insbesondere in Kurven nicht von dem Wagenkasten beeinträchtigt wird. Das genaue Spiel wird entsprechend dem Achsabstand des Fahrzeuges und den schärfsten zu durchlaufenden Kurven gewählt Ferner stellt die Verwendung von Pendelelementen (Auflager 266) und Federn 268 sicher, daß eine geringe Rückstellung oder Steifigkeit der Radsätze in Längsrichtung vorhanden ist Dies ist möglich, weil die Unterdrückung der Radsatzpendelungen nicht länger allein von der Steifigkeit der Lagerelemente abhängt Die Federcharakteristiken der Lagerung können so ausgewählt werden, daß man optimale Fahrqualität und Lenkfähigkeit erhält.

Fig. 12 und 13 zeigen ein dreiteiliges Drehgestell 10 mit zwei seitlichen Rahmen 16 nnd einer Wiege 18. Im Gegensatz zu einigen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele, bei denen Querlenker 222 verwendet

werden, werden hier W-förrnige Teile 286 verwandt, deren freie Enden so gebogen sind, daß sie zur Raumersparnis um die Außenseite des Rades herumführen. Ferner sind die Arme der Teile 286 (wie in F i g. 13 dargestellt), vertikal geöffnet, so daß sie über die Achsen !14 passen und ferner so, daß das Zentrum der Bolzenverbindung zwischen den Teilen 286 in derselben horizontalen Ebene wie die Achsen 14 liegt. Ein aus Fig. 12 erkennbares Merkmal, das jedoch auch bei den anderen Ausführungsformen verwendet werden kann, besteht darin, daß die Flansche der Bolzen- oder Splintverbindung einen Längsschlitz aufweisen, um eine größere Freiheit zwischen den Teilen 286 in Längsrichtung zu erzielen, während die gleichen Eigenschaften wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen erhalten bleiben.

Eine elastische Kupplung zwischen den Radsätzen und den Rahmen des Drehgestells gemäß Fig. 13 weist Gm 3IiS CiUGiTi Gummi-Verbündicii bcäiencnucS Auflager 290 mit geringer Schersteifigkeit auf, das zwischen den Rahmen 16 und den Anpaßstücken 220 angeordnet ist. Auch hier ist Spiel zwischen den Anpaßstücken 220 und Achsführungen 283 und 283' an den Enden der Rahmen 16 vorhanden. Diese Ausführungsform hat ebenfalls eine geringe Gierungsrückstellkraft (Kurszwang), so daß die optimale Lenkbarkeit erhalten bleibt.

Die F i g. 14 und 15 zeigen Draufsichten dreiachsiger Fahrzeuge. Die Abfederungen und Kopplungen sind ähnlich den schon beschriebenen Konstruktionen und können als eine Kombination zweier Sätze von Diagonalkopplungen betrachtet werden, von denen jede zwischen zwei Radsätzen angeordnet ist. Auf diese Weise existiert eine Kopplung zwischen dem vorderen Radsatz und dem mittleren Radsatz und auch zwischen dem mittleren Radsatz und dem hinteren Radsatz.

Die Orientierungen der Radsätze des aus drei Radsätzen bestehenden Drehgestells während des Durchlaufens einer stetigen Kurve ist in Fig. 14 in Umrißlinien skizziert. Bei dieser Orientierung folgt jeder der Radsätze der Gleiskrümmung und die Achsen liegen entlang radialer Linien von dem jeweiligen Kurvenmittelpunkt.

Dreiachsige Drehgestelle werden f'oririalerweise nicht verwendet, es sei denn auf Gleisstrecken mit wenigen oder schwachen Kurven, und zwar wegen der beim Kurvenfahren, in dem Laufwerk erzeugten hohen Kräfte. Mit der beschriebenen Lagerung können jedoch

ίο dreiachsige Drehgestelle wirksam eingesetzt werden, weil hierbei beim Kurvenfahren nur minimale Spannungen in den Teilen des Laufwerkes auftreten.

Nachstehend wird ein Beispiel für die Auslegung des Gierungszwanges CV bzw. der Steifigkeit der federnden Auslager gegeben:

Es sei ein Gleis mit einer Spurweite von 3' 6" (1,066 m) und einer Schienenneigung von 1/20 betrachtet. Das Schienenfahrzeug habe eine maximale Achslast von 30 Türmen (300 kN). Der Radius des Lauffiächenprofils beträgt 0,360 m und die effektive Konizität 1/5. Der Abstand 2b der Achslager beträgt etwa 1,68 m und der Abstand 1 · / der Rad/Schiene-Berührungspunkte beträgt 1,14 m. Nach Formel (1) errechnet sich G, zu maximal 1,667 kNm. Die Längssteifigkeit der federnden Auflager zwischen jeder Lagerschale und dem lasttragenden Rahmen sollte nach Gleichung (5) höchstens 3334 kN/m betragen oder ausgedrückt als Kurszwang Cy höchstens 2352 kNm/Radiant (Bogenmaß). Wenn kleinere Konizitäten als 1/5 benutzt werden, z. B.

Konizitäten von 1/10, dann können die angegebenen Werte annähernd halbiert werden. In diesem Fall sollte Cy etwa 1083 kNm/Radiant (Bogenmaß) betragen.

Hierbei handelt es sich um obere Grenzwerte. Die Rückstellkraft (Gierungszwang) sollte 2000 kNm/Winkelgrad nicht überschreiten, um unter allen Lastbedingungen des Fahrzeugs gute Selbstlenkeigenschaften zu gewährleisten.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

OQ IZC OC7 JU Z.XJ 1 Patentansprüche:

1. Laufwerk für ein Schienenfahrzeug, mit einem auf den Achslagern abgestützten lasttragenden Rahmen mit mindestens zwei durch eine mechani- "> sehe Kopplungseinrichtung gegensinnig miteinander gekoppelten Radsätzen, von denen jeder eine in Achslagern laufende Achse aufweist, an der die Räder fest angebracht sind, gekennzeichnet durch die Kombination der teilweise für sich t" bekannten Merkmale,

a) daß die effektive Konizität der Laufflächen der Räder größer ist als 1 :20,

b) daß zwischen dem lasttragenden Rahmen (16 bzw. 260) und den Achslagern (15) seitlich und in ' Längsrichtung federnde Auflager (24 bzw. 266 bzw. 290) vorgesehen sind, und

c) daß die Steifigkeit der federnden Auflager (24 bzw. 266 bzw. 2EH)) derart bemessen ist, daß bei Kurvenfahrt die elastischen Rückstellkräfte an ^2a jedem Radsatz kleiner sind ais die durch die Laufflächenkonizität erzeugten Lenkkräfte.

Z Laufwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längssteifigkeit k der federnden ,₅ Auflager (24 bzw. 266 bzw. 290) in Fahrtrichtung

kleiner ist als „ ' ,wobei

«"II

W die maximale Achslast,

γ die effektive Konizität der profilierten Radlaufflächen.

R der Krümmungsradius der Radlauffläche und

on der Winkel zwirchen c'.r Rad/Schiene-Berührungsebene und de¹" Horizontalen bei Mittelstellung des Radsatzes