DE2631350B2

DE2631350B2 - Laufwerk für ein Schienenfahrzeug

Info

Publication number: DE2631350B2
Application number: DE2631350A
Authority: DE
Inventors: Rowlen Ethelbert Von Kempton Park Gericke; Herbert Groenkloof Pretoria Scheffel
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: 1976-07-13
Publication date: 1980-10-23
Also published as: DE2631350C3; DE2631350A1; GB1510928A

Description

Laufwerks verläuft.

Die gebogene Räche des zylindrischen Segmentes kann gegen eine planare Fläche stoßen oder gegen eine konkave Zylinderfläche, deren Radius größer ist als derjenige des zylindrischen Segmentes. =,

Vorzugsweise liegt die Seitensteiiigkeit zwischen 25% und 75% der Längssteifigkeit und optimal liegt sie im Bereich von 33'/₃% bis 50% der Längssteifigkeit.

Die Erfindung ist anwendbar bei Schienenfahrzeugen, bei denen ein Wagenkörper oder Oberbau auf iu Drehgestelk.il montiert ist, und bei Schienenfahrzeugen, bei denen der Wagenkörper direkt auf den Radsätzen montiert ist, z. B. bei vierrädrigen Wagen.

In der nachfolgenden Beschreibung ist der Begriff »Laufwerk« so zu verstehen, daß er ein Schienenfahr- π zeug umfaßt, das mindestens zwei selbstlenkende Radsätze und mindestens ein lasttragendes Teil aufweist, das auf den Radsätzen montiert ist. Ein Laufwerk in diesem Sinne kann beispielsweise ein Drehgestell oder ein vierrädriges Fahrzeug sein, wobei der Begriff »lasttragendes Teil« im Falle eines Drehgestells eines der Rahmenteile ui.d im Falle eines vierrädrigen Fahrzeugs den Wagenkasten bezeichnet.

Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche Teile jeweils durchgehend mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Laufwerks, wobei aus Gründen der Deutlichkeit verschiedene Teile aufgebrochen dargestellt sind, so

F i g. 2 die Draufsicht der Ausführungsform nach Fig. 1,

F i g. 3 ein elastisches Element, das bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 verwendet wird, in vergrößerter Darstellung,

Fig.4 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Vierradwagens,

F i g. 5 eine stirnseitige Ansicht entlang der Längsachse des Laufwerks bei einer Variante eines elastischen Elementes, dessen Seitensteifigkeit geringer ist als seine Längssteifigkeit,

F i g. 6 eine weitere Variante des elastischen Elementes,

F i g. 7 noch ein anderes Ausführungsbeispiel eines elastischen Elementes,

F i g. 8 eine Vorrichtung zur Verwendung in Verbindung mit einem elastischen Element zur Erzeugung einer Seitensteifigkeit die geringer ist als die Längssteifigkeit für das elastische Element, und

Fig.9 einen Blick durch ein elastisches Element, dessen Seitensteifigkeit geringer ist als seine Längssteifigkeit, entlang der Längsachse des Laufwerks.

F i g. 1 und 2 zeigen ein dreiteiliges Laufwerk, das zwei drehende Radsätze 10 aufweist, von denen jeder zwei Räder 12 aufweist, die fest an einer Achse 14 angebracht sind. Die Räder haben profilierte Laufflächen, und die Achsen 14 sind an jedem Ende in einem Lager 18 gelagert

Die Lager tragen Anpaßstücke 20, die Horizontalflansche 21 aufweisen, die die elastischen Elemente 22 t>o tragen, und diese tragen wiederum die Seitenrahmen 16. Auf den Seitenrahmen 16 ist über Schraubenfedern 26 eine Wiege 24 federnd abgestützt. Auf der Wiege ist zentrisch eine herkömmliche Lochplatte 25 angebracht, auf der der Oberbau oder der Wagenkasten gelenkig auf t>5 dem Drehgestell aufliegt.

Die Radsätze 10 sind miteinander derart verbunden, daß ihre Dreh- oder Gierbewegungen gegensinnig durch Anker 28 gekoppelt sind. Die Anker TA verlaufen diagonal zu dem Drehgestell und sind mit ihren Enden an Ansätzen 30 angelenkt, die an den Anpaßstücken 20 befestigt sind. Die Ansätze 30 an jedem Radsatz sind durch eine Stange 32 verbundeil, so daß an jedem Radsatz ein Unterrahmen gebildet wird.

Ein elastisches Element 22 ist detailliert in Fig.3 dargestellt Es besteht aus einer Sandwich-Struktur aus Metallplatten 36 und Gummischichten 38, die einander abwechseln und einen langgestreckten Block bilden. An der Oberseite und der Unterseite der Sandwich-Struktur sind zylindrische Segmente 40 befestigt, die eine Bogenfläche 42 und eine ebene Fläche 44 aufweisen. Die ebene Fläche wird mit dem Gummi-Sandwich verbunden. Die Achse des zylindrischen Segmentes 40 ist parallel zu der in F i g. 2 mit A bezeichneten Längsachse des Fahrwerks ausgerichtet Die Segmente 40 können aus Metal! oder einem elastischen Material bestehen. Die längliche Form des Verbundteiles oder Sandwich-Blocks bewirkt, daß seine Seitensteifigkeit geringer ist als seine Längssteifigkeit, und dies wird ferner durch die Segmente 40 modifiziert.

Die elastischen Elemente 22 haben eine Längssteifigkeit, die zusammen mit dem Laufflächenprofil der Räder bewirkt, daß bei dem System, in welchem das Drehgestell benutzt werden soll, jeder Radsatz in den Kurven selbststeuernd ist.

Bei der in den Zeichnungen dargestellten Konstruktion können die Elemente 22 um eine parallel zur Längsachse des Drehgestells verlaufende Achse herum schwingen.

Fig.4 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines vierrädrigen Wagens mit einem Wagenkasten 50 zur Aufnahme der Last. Der Wagenkasten wird unmittelbar von den Radsätzen 10 über Lager 18 an Paßstücke 20 und elastische Elemente 22 in der oben erläuterten Form getragen. An dem Wagenkasten 50 ist ein brückenförmiges Stützteil 52 angebracht, mit dem der Wagenkasten auf den elastischen Elementen 22 aufliegt. Die Radsätze sind untereinander durch Anker 28 verbunden, um ihre Gierbewegungen gegensinnig zu koppeln.

Die F i g. 5 bis 7 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele elastischer Elemente 22, die gegenüber den bekannten elastischen Elementen so abgeändert sind, daß ihre Seitensteifigkeit geringer ist als die Längssteifigkeit. Aus Gründen der Einfachheit ist bei allen Ausführungsformen das Element 22 zwischen einem Flansch 21 eines Anpaßstückes 20 und einem Teil eines Seitenrahmens 16 eines Drehgestells dargestellt

In F i g. 5 sind jeweils Segmente 60 eines Rundzylinders an dem Flansch 21 und an dem Seitenrahmen 16 befestigt, wobei ihre gekrümmten Flächen jeweils von dem Betestigungsteil fortweisen. Diese gekrümmten Außenflächen stoßen gegen ebene Endplatten 62, die mit einem sandwichartigen elastischen Verbundteil 23 verbunden sind.

In F i g. 6 ist ein elastisches Element 22 der in F i g. 3 gezeigten Art dargestellt, das ein elastomeres Verbundteil 23 mit teilzylindrischen Segmenten 60 an der Oberseite und der Unterseite aufweist. Die Segmente 64, die konkave Zylinderflächen 66 aufweisen, sind an dem Flansch 21 bzw. dem Seitenrahmen 16 befestigt. Die Radien der Flächen 66 sind größer als die Radien der Segmente 60.

F i g. 7 zeigt eine Anordnung, die weitgehend derjenigen der Fig.6 gleicht, wobei jedoch die Segmente 60 und die Segmente 64 gegeneinander

ausgetauscht sind.

Fig.8 zeigt eine Vorrichtung, die derjenigen der F i g. 6 entspricht, wobei jedoch zwischen zwei teilzylindrischen Segmenten 60 kein Verbundteil 23 vorhanden ist. Die Segmente 60 bestehen statt dessen aus einem festen Metallkörper. Diese Vorrichtung wird in Verbindung mit einem elastomeren Element oder einem anderen elastischen Element, z. B. einer Schraubenfeder, die über oder unter ihm angeordnet ist verwandt, um seine Seitensteifigkeit zu verringern.

F i g. 9 zeigt, wie die Schraubenfedern 26 verändert worden sind, damit ihre Seitensteifigkeit geringer ist als ihre LängssteifigkeiL In diesem Falle ist eine Platte 68 mit konkaver Oberfläche zu beiden Enden der Schraubenfedern 26 vorgesehen. Die Platten 68 überspannen die beiden Schraubenfedern. An dem Seitenrahmen 16 und an dem Anpaßstück sind Zylindersegmente 70 angebracht, die in den konkaven Mulden der Platten 68 sitzen.

Bei einigen Schienenfahrzeugen, wie Personenwagen, ist der Wagenkasten federnd auf der Wiege 24 eines Drehgestells angebracht. In diesem Falle können diese elastischen Elemente so ausgebildet werden, daß sie eine geringere Seitensteifigkeit als Längssteifigkeit aufweisen, wie oben erörtert wurde.

Die in den Fig.3 und 5 bis 9 dargestellten Ausführungsbeispiele stellen lediglich typische Ausführungsformen von elastischen Elementen dar. die zur Erzielung einer Seitensteifigkeit, die geringer ist als die Längssteifigkeil, in einem Schienenfahrzeug benutzt werden können. Es gibt zahlreiche andere Varianten und Vereinfachungen, die gegebenenfalls von Fall zu Fall eingesetzt werden können. Beispielsweise kann ein teilzylindrisches Segment iediglich an der oberen oder der unteren Fläche der elastischen Elemente eingesetz werden. Ferner ist es möglich, die Anordnung dei Segmente und der Mulden untereinander zu vertäu sehen, ohne die Gesamtwirkung zu beeinträchtigen.

's Der Betrag, um den die Segmente die Seitensteifig keit eines elastischen Elementes verringern, hängt vor dem Krümmungsradius des Zylinders und, sofern ein« zylindrische Mulde verwendet wird, von deren Krüm mungsradius ab. Mulde bzw. Segment haben eine um se

ι» geringere Wirkung, je größer der Krümmungsradius ist und die Wirkung ist um so größer, wenn dei Krümmungsradius klein ist. Der Grenzfall eines großer Radius liegt vor, wenn der Radius unendlich ist. Ir diesem Falle ist das Segment flach und hat überhaupi

\^r> keine Wirkung. Die zylindrische Konkavität verringeri die Wirkung des Radius des Segmentes. Auf diese Weise kann man durch Auswahl der richtigen Radien jede gewünschte Verringerung der Seitensteifigkeit erhalten Die Radien der Segmente und der Konkavitäten odei

·?<) Mulden müssen nicht immer gleich sein, d. h. untei Bezugnahme auf F i g. 6 sieht man beispielsweise, daC die Radien R 1 und R 2 unterschiedlich und die Radier R 3 und R 4 unterschiedlich sein können.

Die Segmente 60 können sich in der dargestellten

^ Weise seitlich frei bewegen. Diese Segmente sind jedoch fest, so daß sie in Längsrichtung nicht gleiten können. Es ist sehr wichtig, ein Gleiten der elastischen Elemente in Längsrichtung zu unterbinden, damit die elastischen Elemente in dieser Richtung wirksam sind

in Um zu verhindern, daß die Segmente 60 gleiten, können Flansche oder Anschläge verwendet werden, deren Konstruktion keine Schwierigkeit verursacht und die daher nicht dargestellt sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. 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, wobei

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

zwischen dem lasttragenden Rahmen und den Achslagern seitlich und in Längsrichtung federnde Auflager vorgesehen sind, und die Steifigkeit der federnden Auflager derart bemessen ist, daß bei Kurvenfahrt die elastischen Rückstellkräfte an jedem Radsatz kleiner sind als die durch die Laufflächenkonizität erzeugten Lenkkräfte, gemäß Patentanmeldung P2356267.6-21, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Auflager an sich bekannte elastische Elemente (22) aufweisen, deren Seitensteifigkeit in Richtung quer zur Längsachse des Laufwerks geringer ist als die Seitensteifigkeit in Richtung parallel zur Längsachse (A).

2. Laufwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der elastischen Elemente (22) ein elastisches Verbundteil (23) aufweist, das seitlich und in Längsrichtung des Laufwerks elastisch ist, sowie ein zylindrisches Segment (40) mit gebogener Oberfläche, das vertikal über oder unter dem Verbundteil angeordnet ist, und dessen Achse parallel zur Längsachse f/lj verläuft.

3. Laufwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gebogene Oberfläche des zylindrischen Segments (60) dem Verbundteil (23) zugewandt ist.

4. Laufwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gebogene Fläche des zylindrischen Segmentes (40) von dem Verbundteil (23) abgewandt ist.

5. Laufwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gebogene Fläche des zylindrischen Segmentes (60) an einer ebenen Fläche des Verbundteils anliegt.

6. Laufwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gebogene Fläche des zylindrischen Segmentes (60) eine konkave zylindrische Fläche (64) berührt, deren Radius (R₃, Ra) größer ist als der Krümmungsradius (Ru R2) der gebogenen Fläche, deren Achse parallel zur Längsachse (/^verläuft.

7. Laufwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß über und unter dem Verbundteil (23) zylindrische Segmente (40, 64) angeordnet sind.

8. Laufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitensteifigkeit des elastischen Elementes (22) zwischen 25% und 70% der Längssteifigkeit dieses Elementes beträgt.

9. Laufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitensteifigkeit des elastischen Elementes (22) zwischen einem Drittel und der Hälfte der Längssteifigkeit dieses Elementes beträgt.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Laufwerk für ein Schienenfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, gemäß Patentanmeldung P 23 56 267.6-21.

Das in der Hauptpatentamneldung beschriebene Laufwerk weist eine gute Kurvengängigkeit bei gleicnzeitig hoher Pendelstabilität auf. Das Laufwerk hat selbststeuernde Radsätze mit hoher Konizität der Radlaufflächen. Hierdurch sind die einzelnen Radsätze selbststeuernd. Durch die in Längsrichtung federnden

ι» Auflager erhält jeder Radsatz eine Rückstellspannung, wodurch ein Kurszwang gegen Gier- oder Seitenbewegungen entsteht, der jedoch von den von den Schienen auf die Räder ausgeübten Längskräfte überwunden werden kann. Durch die mechanische Kopplung der Radsätze wird der Pendelneigung der Radsätze entgegengewirkt, ohne die natürliche Selbstlenkfähigkeit der Radsätze zu beeinträchtigen.

Damit Pendelbewegungen des Wagenaufbaus bzw. des Rahmens nicht auf die Radsätze übertragen werden, können die Auflager nicht nur in Längsrichtung, sondern auch seitlich federn. Durch diese seitliche Federungsmöglichkeit, die relativ weich sein muß, besteht jedoch die Gefahr, daß auch die Federung der Auflager in Längsrichtung zu weich wird, um ausreichende Stabili sierungskräfte von dem Rahmen auf die Radsätze übertragen zu können.

Aufgabe der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung ist es, das Laufwerk nach der Hauptpatentanmeldung dahingehend zu verbessern, daß der Laufwerk-

JO rahmen die für einen stabilen Lauf erforderliche Freiheit erhält, ohne daß hierdurch jedoch die Pendelstabilität der Radsätze verringert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die federnden Auflager an sich bekannte elastische Elemente aufweisen, deren Seitensteif igkei l in Richtung quer zur Längsachse des Laufwerks geringer ist als die Seitensteifigkeit in Richtung parallel zur Längsachse. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegen- Standes sind den Unteransprüchen zu entnehmen, für die Schutz nur in Verbindung mit dem Hauptanspruch gesucht wird.

Durch die elastischen Elemente wird erreicht, daß die federnden Auflager in Längsrichtung eine relativ hohe Steifigkeit haben, um die für den Kurszwang der Radsätze erforderliche Rückstellkraft aufzubringen, in seitlicher Richtung jedoch genügend Spiel für eine weitgehend freie Selbsteinstellung des Wagen lufbaus gewährleisten. Auf diese Weise wird den Pendelneigun-

so gen der Radsätze und des Wagenaufbaus jeweils mit der erforderlichen Steifigkeit in der jeweiligen Bewegungsrichtung entgegengewirkt. Dies geschieht ausschließlich durch geeignete Konstruktion der elastischen Elemente, so daß seitliche Stoßdämpfer, die am Wagenaufbau angreifen, entbehrlich sind.

Als elastische Elemente können an sich bekannte Gummiblocks, Gummi-Sandwich-Elemente, die verschiedene Schichten von Gummi und Metallplatten enthalten, oder Schraubenfedern verwandt werden. Die Elemente können auch in sich so geformt sein, daß sie die erforderliche Längssteifigkeit und Quersteifigkeit aufbringen.

Vorzugsweise weist jedes der elastischen Elemente ein elastisches Verbundteil auf, das seitlich und in Längsrichtung des Laufwerks elastisch ist, sowie ein zylindrisches Segment mit gebogener Oberfläche, das vertikal über oder unter dem Verbundteil angeordnet ist und dessen Achse parallel zur Längsachse des