DE2443149A1

DE2443149A1 - Elastische aufhaengung fuer die antriebseinheit eines fahrgestells

Info

Publication number: DE2443149A1
Application number: DE2443149A
Authority: DE
Inventors: Walter O Hall; Charles A Yuhas
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1973-09-11
Filing date: 1974-09-10
Publication date: 1975-03-13
Also published as: ES429910A1; US3877388A; CA1012120A; BR7407202D0; IT1021184B; BE819756A; FR2243099A1; JPS5055012A

Description

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Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa. /V. St. A.

Elastische Aufhängung für die Antriebseinheit eines Fahrgestells

Die Erfindung betrifft eine elastische Aufhängung für die Antriebseinheit einer Fahrzeugachse am Rahmen.eines Fahrgestells, insbesondere für das Drehgestell eines Schienenfahrzeugs.

Eine derartige Antriebseinheit besteht im allgemeinen aus einem Elektromotor und einem Getriebe. Das Getriebe ist in bekannter Weise mit einer Radachse gekuppelt. Das andere Ende der Antriebseinheit stützt sich mittels einer elastischen Aufhängung am Rahmen der Antriebseinheit ab. Bei den bekannten Anordnungen dieser Art besteht die Aufhängung.aus einem vertikalen, auf Biegung beanspruchten Stab und einem horizontalen Stabilisator,, Mit dieser Anordnung können aber im allgemeinen keine optimalen Federkonstanten für Translations- und Rotationsschwingungen in den verschiedenen Horizontal- und Vertikalrichtungen zugleich erzielt werden.

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Der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Aufhängung so auszubilden, daß die Federkonstanten für die einzelnen Schwingungskomponenten in einfacher Weise weitgehend unabhängig voneinander festgelegt werden können.

Die Aufhängung besteht zu diesem Zweck aus einem Zapfen mit polygonalem Querschnitt, einer an die Zapfenform angepaßten Hülse und einer aus einzelnen Kissen bestehenden elastomeren Zwischenlage zwischen Zapfen und Hülse. Die elastischen Eigenschaften der Kissen an den verschiedenen Seitenflächen des Aufhängezapfens können unabhängig voneinander so gewählt werden, daß die gewünschten Federungseigenschaften in den betreffenden Richtungen erzielt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Hierin sind:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Aufhängung für die Antriebseinheit gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine isometrische Darstellung der neuen Aufhängung in zerlegtem Zustand;

Fig. 3 eine Stirnansicht des Aufhängezapfens und seiner Hülse;

Fig. if eine Stirnansicht einer abgeänderten Ausführungsform der Aufhängung;

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Fig.5 eine isometrische Darstellung einer weiteren Ausführungsform; und

Fig. 6 eine Draufsicht eines Drehgestells mit der neuen Aufhängung .

Bei der bekannten Aufhängung nach Fig. 1 ist der Getriebeteil 3 der Antriebseinheit 2 mittels einer elastischen Kupplung 6 mit einer Fahrzeugachse 1+ gekuppelt. Der Motorteil 7 der Antriebseinheit ist an einem vertikalen Stab 8 aufgehängt, der mittels einer Gummibuchse 1o an einem Träger 1ä des Fahrgestellrahmens befestigt ist. Der Aufhängestab 8 ist mittels einer weiteren Gummibuchse M+ mit einem Flansch 12 des Motors verbunden. In Horizontalrichtung ist die Antriebseinheit durch einen Stabilisatorstab 16 gesichert, der mit einer Gummibuchse 2o an einem Träger 18 des Drehgestells und mit einer weiteren Gummibuchse (nicht dargestellt) an einem Flansch 22 des Motors befestigt ist. Die Federkonstanten der Gummibuchsen können entsprechend dem gewünschten Federungsverhalten in den verschiedenen Richtungen gewählt werden. Da aber die verschiedenen Federungskomponenten von den Federkonstanten aller vier Gummibuchsen in komplizierter Weise abhängen, ist es kaum möglich, befriedigende Federungseigenschaften in allen Richtungen zu erzielen.

Dies ist bei der in Figo 2 dargestellten Aufhängung anders.

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Auch hier ist der Getriebeteil 26 der Antriebseinheit Zk mittels einer elastischen Kupplung 3o mit der Fahrzeugachse 28 verbunden. Zur Aufhängung des Motorteils 36 am Rahmen 38 des Drehgestells dient jedoch ein Zapfen 32 mit polygonalem Querschnitt, der im vorigen Falle einen Biombus darstellt. Der Zapfen 32 ist an einem Flansch J>k des Motorfceils 36 befestigt und bildet einen untrennbaren Teil desselben. An dem Drehgestellrahmen 38 sind zwei Flansche ifO und 1+2. mit Gewindelöchern angeformt. Sie dienen zur Befestigung einer Hülse, die den Zapfen 32 aufnimmt. Die Hülse bfesteht hier aus zwei Hälften kk und 52. Die untere Hälfte kk besitzt Fortsätze kS und ij-8, die an die Flansche ZfO und l+Z angepaßt sind. Zwischen den Fortsätzen befindet sich eine nach unten weisende V-förmige Vertiefung 5o, deren Flanken mit elastomeren Kissen 60' und 62' belegt sind. Es könnte auch eine sattelförmige Feder verwendet werden. Die elastomeren Kissen können sandwichartig aus abwechselnden Gummi- und Metallagen ausgebildet sein.

Die obere Hälfte 52 der Hülse ist in gleicher Weise wie die untere Hälfte ausgebildet, hat also ebenfalls ebene Fortsätze 5/f und 56 mit einer V-förmigen Vertiefung 58 dazwischen, in

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die elastomere Kissen/und 62 eingelegt sind. Auch hier könnte stattdessen eine sattelförmige Feder verwendet werden. Die beiden Hälften der Hülse werden mit Schrauben 6*f und 66 zusammengehalten und an den Flanschen ^o und l+Z befestigt.

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Der Zapfen und die Hülse können offensichtlich vertauscht werden, d.h. es ist auch möglich, den Zapfen an dem Fahrgestellrahmen und die Hülse an der Antriebseinheit zu befestigen.

Die Berechnung der Federungseigenschaften wird anhand der Stirnansicht der Fig. 3 erläutert. Für die Aufhängung der Antriebseinheit kommen fünf Bewegungskomponenten und demgemäß fünf Federkonstanten in Frage. Diese fünf Komponenten sind die folgenden:

K,: Federkonstante für die Drehschwingung der Antriebseinheit relativ zum Drehgestell in der Ebene der Fig. 3.

K, : Federkonstante für die Drehschwingung der Antriebseinheit relativ zum Drehgestell in einer zu Fig. 3 senkrechten Ebene.

K,: Federkonstante für Horizontalbewegung der Antriebseinheit in der Ebene der Fig. 3.

K, : Federkonstante für Horizontalbewegung der Antriebseinheit senkrecht zu K,.

K_y: Federkonstante für Vertikalbewegung der Antriebseinheit relativ zum Drehgestell (Fig. 3)·

Bei der bekannten Aufhängung ist das Verfahren zur Ableitung dieser Federkonstanten ziemlich kompliziert und erfordert einen Kompromiß zwischen den gewünschten Federkonstanten in den verschiedenen Schwingungsarten. Bei der hier beschriebenen Auf-

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hängung läßt sich dagegen durch Formgebung des Zapfenquerschnitts und entsprechende Wahl der Federungseigenschaften der elastischen Kissen die gewünschte Federkonstante in allen diesen Schwingungskomponenten in einfacher Weise erreichen.

Für die dargestellte *ombische Querschnittsform des Aufhängezapfens stehen folgende unabhängige Variable zur Verfügung:

K: Scherungsfederkonstante der elastomeren Kissen 60·, 62', se

6o und 62.

Druckfederkonstante dieser Kissen. 0: Scheitelwinkel der Begrenzungsflächen des Aufhängezapfens«

d: Abstand von der Mitte des Aufhängezapfens ^2. zum Angriff szentrum eines elastomeren Kissens 60 (Fig.32·

Aus diesen Variablen lassen sich die Federkonstanten der fünf erwähnten Schwingungsarten nach folgenden Approximationsformeln berechnen:

K. = k K . (sinÖ/2)d

I/

^Kt_P = ^ ^Kse^d
K.

_n = h K_sc,(cos9/2)

^Knp = ^ ^Klc

K_sc,(sin0/2)

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Durch entsprechende Wahl der unabhängigen Variablen können also die gewünschten Federkonstanten zu Wege gebracht werden. Beispielsweise läßt sich eine verhältnismäßig steife Federung für Vertikalschwingungen und eine verhältnismäßig weiche Federung in anderen Translationsrichtungen erzielen. Bei ■einer ausgeführten Aufhängung wurden folgende Werte der unabhängigen Variablen gewählt:

^Ksc =	1564o	kg/m
^Ksc« ⁼	74200	kg/m
Θ	1ZfO°
dd	0,114	m

Es können also Antriebseinheiten verschiedener Qewichte durch entsprechende Anpassung des Winkels θ und des Abstands d

Angepaßt werden, ohne die gewünschten Federungseigenschaften für die verschiedenen Schwingungskomponenten zu opfern.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der polygonalen Aufhängung. Der Aufhängezapfen 68 hat hier zwei parallele vertikale Seitenflächen 72 und 74, während seine Ober- und Unterseite V-förmig einspringende Flächen 76 und 78 darstellen. Die Hülse ist an diese Querschnittsform angepaßt. Die untere Hälfte 8o derselben besitzt parallele Fortsätze 82 und 84, zwischen denen sich ein nach unten weisender Teil mit vertikalen Schenkeln 86 und 88 und einem mittleren rippenartigen·

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Vorsprung 9o befindet. Der Vorsprung 9o ist in der Form den einspringenden Flächen 78 angepaßt; zwischen diesen Flächen befinden sich elastomere Kissen 92 und 94. Ebenso besteht die obere Hälfte 96 der Hülse aus horizontalen Fortsätzen 98 und I00, vertikalen Schenkeln 1o2 und I04 und einem rippenförmigen Mittelteil, an dem die elastischen Kissen I06 und I08 befestigt sind. Schrauben Ho und 112 halten das Ganze zusammen. Bei dieser Ausführungsform ist der Winkel 0 (Fig. 3) größer als I8o° und es ergibt sich für die gleiche Querschnittsfläche eine schwächere Ausbildung des Aufhän^zapfens. Ein Zapfen mit kreisförmigem Querschnitt ist im allgemeinen nicht empfehlenswert, weil in diesem Falle die horizontale und die vertikale Federkonstante übereinstimmen würden.

Fig. 5 zeigt eine AusfUhrungsform, bei welcher der Aufhängezapfen 11Zf an einem Träger II6 des Drehgestellrahmens befestigt ist, während die aus den beiden Hälften 122 und I30 bestehende Hülse an Flanschen II8 und 12o der nicht dargestellten Antriebseinheit mit Schrauben I36 befestigt ist. Die untere Hälfte 122 der Hülse besteht wieder aus zwei horizontalen Fortsätzen 124 und 126 und einem mittleren V-förmigen Teil 128, ebenso die obere Hälfte I30 aus einem mittleren Teil 13I und zwei horizontalen Fortsätzen I32 und 134- Zwischen die Innenflächen der Hülse und den Zapfen 114 sind elastomere Kissen 129 eingefügt.

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Fig. 6 zeigt die Draufsicht eines Drehgestells mit zwei Antriebsachsen. Das Drehgestell \l\o ist mit vier Rädern 1^2 bis H8 ausgerüstet, die an den Achsen 15o und 152 sitzen. Die Achsen sind in den Lagern 15^f bis I6o geführt. Eine Antriebseinheit 162 ist mit ihrem Getriebeteil 163 über eine elastische Kupplung 16^- mit der Achse 15o verbunden, während der MotorteDL 165 über den beschriebenen diombischen Zapfen und die Hülse 17o elastisch mit dem Drehgestellrahmen 166 verbunden ist. Am anderen Ende des Drehgestells befindet sich eine Antriebseinheit 172, deren Getriebeteil 173 mittels einer elastischen Kupplung 17^- mit der Achse 152 verbunden ist, während der Motorteil 175 über den Zapfen 176 und die Hülse 178 an dem Drehgestellrahmen I66 aufgehängt ist.

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Claims

DlpL-lng. O. l^IühsSSSH ·_Λ

^D-ejüünchen22 '° München, den ^ WidaniaayorelraSa 43 W.6iif - Dr.Hk/rie

Tel. (OE3)29Ö12S

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh Pa. /V. St. A.

Patentansprüche

.J Elastische Aufhängung für die Antriebseinheit einer Fahrzeugachse am Rahmen eines Fahrgestells, gekennzeichnet durch einen am Rahmen (38) oder der Antriebseinheit (2If) befestigten Zapfen (32) mit polygonalem Querschnitt, eine an dem anderen der beiden Teile befestigte, der Zapfenform angepaßte Hülse (1)4> 52) und eine elastomere Zwischenlage, (6o, 62, 6o', 62') zwischen Zapfen und Hülse.
2. Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse aus zwei Hälften (ZfZf, 52) besteht, die je zwei parallele Fortsätze (Zf6, ^8} 3¹+, 56) und eine zwischenliegende, an die Querschnittsform des Zapfens (32) angepaßte Vertiefung (5o, 58) aufweisen, daß die Fortsätze an entsprechenden Flanschen (ZfO, Zf2) des betreffenden Teils befestigt sind und daß in den Vertiefungen (5o, 58) - elastomere Kissen (6o, 62; 6o', 62') untergebracht sind.

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3. Aufhängung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (32)rhombusförmigen Querschnitt hat und daß die Vertiefungen (5o, 58) der Hülsenhälften entsprechend V-förmig ausgebildet sind.

Zf. Aufhängung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (68) einen sechsseitigen Querschnitt mit zwei parallelen Seiten (72, 7k) und zwei einander zugekehrten einspringenden Ecken (76, 78) aufweist.

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