DE2725984B2 - Vierrädriges Drehgestell für Schienenfahrzeuge - Google Patents
Vierrädriges Drehgestell für SchienenfahrzeugeInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
- B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
- B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
- B61F5/22—Guiding of the vehicle underframes with respect to the bogies
- B61F5/24—Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein vierrädriges Drehgestell für Schienenfahrzeuge mit zwischen Radachsen,
Radgestell und Wagenkörper angreifenden ■">
Federn und Dämpfungsgliedern.
Drehgestelle dieser Art sind beispielsweise in der CH-PS 540805, in der DE-OS 1804 145, in der
deutschen Patentanmeldung P 40 935 I l/20d D und in DET auf den Seiten 352 bis 354 von Band 22 (1974), Heft «
8 sowie auf den Seiten 350 bis 353 von Band 23 (1975),
Heft 8 beschrieben. Alle diese bekannten Drehgestelle zeigen eine auf die Erreichung eines bestimmten
Zwecks hin ausgelegte Konstruktion.
So ist bei dem in der CH-PS 5 40 805 beschriebenen so
Drehgestell im Zentrum des Radgestells eine Luftfeder angeordnet, die den Wagenkörper bei Vertikal- und
Lateralbewegungen relativ zum Radgestell abstützt, während eine Schrägneigung des Wagenkörpers durch
einen quer zum Radgestell angeordneten Torsionsstab verhindert wird. Mit diesem Aufbau des Drehgestells
wird die Torsionsbelastung für die Luftfeder beim Durchfahren von Kurven minimal gehalten, was sich
günstig auf die Lebensdauer dieser Feder auswirkt.
Bei dem in der DE-OS 18 04 145 beschriebenen Drehgestell ist der Radkasten mit einem zusätzlichen
Dämpfungsglied ausgestattet, das in der Längsrichtung wirksam wird. Dieses Dämpfungsglied soll einer
Schwingungserregung entgegenwirken, die dem Durchfahren eines mit dem Wagenkörper in Resonanz
tretenden Geschwindigkeitsbereichs auftreten und zu verstärktem Sinuslauf des Drehgesteils mit entsprechend
hohem Querdruck auf die Schienen führen kann.
Auch die deutsche Patentanmeldung ρ 40 935 I l/20d D ist mit dem Problem des Sinuslaufs von
Drehgestellen befaßt, und sie sucht ihm dadurch zu begegnen, daß der Eigenschwingungsbereich des
Wagenkastens in einen außerhalb der Resonanz liegenden Teil der Schwingungscharakteristik verlegt
wird. Diese Art der Lösung des gestellten Problems ist aber nur unterhalb relativ niedriger Grenzen für die
zulässige Höchstgeschwindigkeit brauchbar.
Die oben erwähnten Stellen aus DET schließlich enthalten nur allgemeine Fragen der Laufstäbilität von
Drehgestellen, wobei nur einzelne der in Betracht zu ziehenden Federeigenschaften Berücksichtigung finden,
da nur die innerhalb eines Achskastens auftretenden und wirksam werden Größen behandelt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drehgestell der eingangs erwähnten Art so auszubilden,
daß es sich durch einen besonders niedrigen Reibungswiderstand gegenüber Drehbewegungen zwischen
Lenkschemel und Radgestell auszeichnet und dennoch keinerlei laufunruhe in Form von unerwünschten
Zickzackbewegungen zur Folge hat.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Verminderung des Drehwiderstandes
zwischen Radgestell und Wagenkörper unter Verzicht auf Längsschemel und Seitenlager zwischen Radgestell
und Wagenkörper außer Dämpfungsgliedern weiche Federn angeordnet sind und daß die Federkonstanten
der Achsenfedern zwischen Radgestell und Radachsen in longitudinaler und in lateraler Richtung nach der
Bedingung — a/o)>0 bemessen sind, in der λ den Index
der Schwingungsdämpfung und ω die Frequenz einer
Zickzackbewegung bezeichnet.
Die erfidnungsgemäße Auslegung des Diehgesteiis
berücksichtigt sowohl das Federsystem innerhalb des vierrädrigen Radgestells als auch das Federsystem für
dessen Verbindung mit dem Wagenkörper, und sie ermöglicht es. das Auftreten einer unerwünschten
Zickzackbewegung zu verhindern. Darüber hinaus ergibt s'ch noch der zusätzliche Vorteil, daß auf
Seitenlager verzichtet werden kann. Dies bedeutet eine wesentliche Verminderung des Verschleißes an der
Berührungsstelle zwischen Radflanschen und Schienen sowie eine Zumindest weitgehende Vermeidung von
Quietschgeräuschen beim Durchfahren von Kurven. Im Ergebnis führt die Erfindung zu einem sehr einfachen
Fahrgestell, das mit Luft- oder Schraubenfedern von geringer lateraler Steifigkeit auskommen kann, die
zwischen Wagenkörper und Radgestell angeordnet sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erlindung ist anhand der Zeichnung veranschaulicht; es zeigen:
Fig. 1 ein Modell für das Schwingungssystem aus
Wagenkörper und tragendem Drehgestell in einer Stirnansicht,
F i g. 2 das Modell von F i g. 1 in einer Seitenansicht,
F i g. 3 das gleiche Modell in einer Unteransicht und
Fig.4 und 5 Diagramme zur Veranschaulichung der
Beziehungen zwischen den Federkonstanten in Quer- und in Längsrichtung einerseits und der Stabilität
gegenüber Zickzackbewegungen andererseits.
Gemäß den Darstellungen in F i g. 1 bis 3 ist ein Radgestell 5 unter Zwischenschaltung von Scheirdfedern
2A und 2ßund Wagendrehfedern 2Cund 2Dsowie Dämpfungsgliedern 12,13 und 15 mit einem Wagenkörper
1 verbunden. Mittels Achsbuchsen 9 sind in dem
Radgestell 5 zwei Radsätze 10 mit je zwei Rädern gelagert, wobei zwischen den Radsätzen 10 und dem
Radgestell 5 einerseits Achsenfedern 84,8ßund 8Cund andererseits Dämpfungsglieder 14 eingefügt sind. Wie
aus Fig. 1 und 2 ersichtlich laufen die Radsätze 10 auf ',
Schienen 11, die auch ihre seitliche Führung übernehmen.
Die verschiedenen Federelemente zwischen den Radkasten 10 und dem Wagenkörper 1 bilden ein
Schwingungssystem, das beim Abrollen der Räder oer ι ο Radsätze 10 auf den Schienen 11 grundsätzlich auch zu
Zickzackbewegungen führen kann.
Mathematisch läßt sich dieses Schwingungssystem beschreiben durch insgesamt vierunddreißig Differentialgleichungen,
in denen die Masse und das Trägheitsmoment des Wagenkörpers 1, des Radgestells 5 und der
Radachsen 10 sowie eine Reihe geometrischer Größen wie Abstände und Winkeleinstellungen als Koeffizienten
enthalten sind. Außerdem gehen in das Gleichungssystem die Federkonstanten der Schemelfedern 2Λ und 2«
2ß. der Wagendrehfedern 2C und 2£> und der Achsenfedern 8 A SB und SC sowie die Dämpfungsfaktoren
für die verschiedenen Dämpfungsglieder 12,13,14 und 15 ein.
Durch Auflösung des erwähnten Gleichungssystems erhält man als Wurzel oder Mittelwert λ den Ausdruck:
in dem j=\i — 1 ist und o), einer Winkelschwingung mit
der Frequenz ιη,Ιϊπ darstellt, während α, einen
Schwingungsdämpfungsindex bezeichnet.
Ausgehend von dieser Lösungsform werden in dem dargestellten Modell zur Erzielung des angestrebten
geringen Drehwiderstandes zwischen dem Wagenkörper 1 und dem Radgestell 5 bei gleichzeitiger
ausreichender Unterdrückung von Zickzackbewegungen die Schemelfedern 2A und 2B und die Wagendrehfedern
2c und 2D als weiche Federn ausgeführt und die Federkonstanten für die Achsenfedern SA, SB und SC
entsprechend der Bedingung — «/ω > 0 bestimmt
In der praktischen Ausbildung können die Schemelfedern 2/4 und 2ß in Form von Luftfedern oder
Spiralfedern gestaltet sein, während für die Achsenfedern SA und 8ßeine Ausführung als Spiral, Schraubenoder
Gummifeder bzw. als innerhalb der Achsbuchsen 9 angeordnete Platten, Belleville- oder Tellerfeder bevorzugt
ist.
In Fig.4 und 5 sind Berechnungsergebnisse für die
Zickzackbewegungs-Stabilität in Abhängigkeit von den Federkonstanten für die Achsenfedern 8ß und SC in
Que;- und Längsrichtung bei stark verringertem Drehwiderstand für Drehbewegungen zwischen dem
Wagenkörper 1 und dem Radgestell 5 um die vertikale Drehachse veranschaulicht.
Dabei ergeben sich Flächengradienten für die Laufradlläche in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit
von 140 km/h bei 1/10 Abnutzung. Bei dem angestrebten niedrigen Drehwiderstand für Drehungen
des Radgestells um die Hochachse läßt sich ein sicherer Radlauf erhalten, wenn die Federkonstante für die
Achsenfedern 8Cin der Längsrichtung auf etwas mehr als 2500 kg/mm bemessen ist und die Federkonstante
für die Achsenfedern 8ßin der Querrichtung zwischen 70 und 300 kg/mm liegt.
Insgesamt ergibt sich ein verringerter Seitendruck beim Durchfahren von Kurven mit kleinerer Kontaktkraft
zwischen Radflansch und Schiene, was sowohl das Fahrgeräusch absenkt als auch die Rad- und Schienenlebensdauer
erhöht.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Vierrädriges Drehgestell für Schienenfahrzeuge mit zwischen Radachsen, Radgestell und Wagenkörper
angreifenden Federn und Dämpfungsgliedern, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Verminderung des Drehwiderstandes zwischen Radgestell (5) und Wagenkörper (1)
unter Verzicht auf Längsschemel und Seitenlager zwischen Radgestell (5) und Wagenkörper
(1) außer Dämpfungsgliedern (12, 13 und 15) weiche Federn (2/4,2ß, 2C, und 2D) angeordnet
sind und
daß die Federkonstanten der Achsenfedern (8A SB und SC) zwischen Radgestell (5) und
Radachsen (10) in longitudinal und in lateraler
Richtung nach der Bedingung - α/ω > 0 bemessen
sind, in der <x den Index der Schwingungsdämpfung und ta die Frequenz einer Zickzackbewegung
bezeichnet.
2. Drehgestell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weichen Federn (2/4, 25, 2C und
2D) zwischen Radgestell (5) und Wagenkörper (1) als Luftfedern mit geringer lateraler Steifigkeit 2r>
ausgebildet sind.
3. Drehgestell nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkonstanten der
Achsfedern (SA, SB und 8 C) je Achse in longitudinaler Richtung nicht kleiner als >"
2500 kg/mm bemessen sind und in lateraler Richtung zwischen 70 und 300 kg/mm liegen.
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