DE2837302C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Drehgestell-Schienenfahrzeug mit mindestens einem Antriebsaggregat nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Beim Fahren von Schienentriebfahrzeugen mit Drehgestellen macht sich mit zunehmender Geschwindigkeit insbesondere das horizontale Schwingungsverhalten störend bemerkbar, wobei sich im allgemeinen eine translatorische Schwingung mit einer quer zum Gleis gerichteten Amplitude und eine Drehschwingung um eine senkrechte Achse zu einer Schlin­ gerbewegung, dem sogenannten Drehgestell-Sinuslauf über­ lagern. Es besteht hierbei die Gefahr, daß die Amplituden dieser Bewegungen auf unzulässige Größen anwachsen.

Ein Drehgestell-Schienenfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE-OS 26 36 864 bekannt. Das Antriebsaggregat ist dort um eine senkrechte Achse im Drehgestellrahmen rotatorisch bewegbar gelagert und in Querrichtung über ein Federelement mit dem Drehgestellrahmen verbunden. Bei diesem Drehgestell-Schienenfahrzeug sind die Antriebsaggregate mit ihrem einen Ende auf den Achsen der Radsätze gelagert, so daß sie eine rotatorische Querbewegung nur mit den Radsätzen zusammen vollziehen können. Schwingungstechnisch wirkt sich diese bekannte Konstruktion sehr nachteilig aus, da die gegenüber den Schienen ungefederten Massen unerwünscht erhöht werden

Die DE-AS 11 50 701 zeigt die Verwendung von mit einem Dämpfungsglied versehenen Drehmomentstützen in Schienenfahrzeugen.

Weiter ist aus der FR-PS 22 19 045 ein Schienentriebfahrzeug bekannt, bei dem der Antriebsblock zum leichteren Ein- und Ausbau über Pendel im Drehgestell aufgehängt ist. Der Antriebsblock ist mechanisch mit den Achsgetrieben verbunden, so daß die durch die Pendelaufhängung an sich gegebene Beweglichkeit des Antriebsblocks innerhalb des Drehgestells jedoch stark eingeschränkt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schienenfahrzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem eine hohe Laufstabilität erreicht wird, und bei dem die kritische Geschwindigkeit, die durch periodischen Spurkranzanlauf der Radsätze mit etwa 1 bis 5 Hz beim Lauf in der Geraden gekennzeichnet ist, auf Geschwindigkeitbereiche wesentlich über 200 km/h angehoben werden kann. Dabei sollen die genannten Nachteile der bekannten Schienentriebfahrzeuge vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beschriebenen Merkmale gelöst.

Dabei ist es wesentlich, daß das aus dem Antriebsaggregat bzw. den Antriebsaggregaten und den in Querrichtung angeordneten Feder- und Dämpfungselementen bestehende Schwingungssystem in bezug auf den Drehgestell­ rahmen in Querrichtung und um die senkrechte Achse auf etwa 5 Hz begrenzte Eigenschwingungen aufweist.

Soweit die Drehgestelle des Schienentriebfahrzeugs ledig­ lich einen einzigen Antriebsblock aufweisen, ist es vor­ teilhaft, wenn die quer ausgerichteten Feder- und Dämpfungs­ elemente zwischen dem Antriebsblock und dem Drehgestell­ rahmen an Lagerstellen angelenkt sind, die - in Längsrichtung des Drehgestells gesehen - einen Abstand voneinander aufweisen und symmetrisch zur senkrechten Drehachse des Antriebsblocks angeordnet sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden für die translatorische Bewegung des bzw. der Antriebsaggregate und für die rotatorische Bewegung um dessen bzw. deren senkrechte Drehachse getrennte Systeme von Feder- und Dämpfungselementen vorgesehen, wodurch es möglich wird, die Federsteifigkeit für die translatorische Bewegung eines Antriebsaggregats in Querrichtung und die für die Drehbewegung um eine senkrechte Achse unabhängig voneinan­ der zu bemessen. Solche getrennten Systeme können vorteil­ hafterweise dadurch ausgebildet werden, daß das bzw. die Antriebsaggregate in an sich bekannter Weise an Pendeln im Drehgestellrahmen aufgehängt sind, und daß die das bzw. die Antriebsaggregate haltenden Pendel paarweise über verdrehsteife Verbindungen an längsliegenden Drehstab­ federn, die ihrerseits auf dem Drehgestellrahmen gelagert sind, befestigt sind, wobei in Querrichtung zwischen dem Antriebsaggregat und dem Drehgestellrahmen ausgerichtete, jeweils aus einem Feder- und einem Dämpfungselement bestehende Einheiten in einer Flucht mittig zum Antriebs­ block angeordnet sind.

Mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein zweiachsiges Drehgestell eines Schienen­ triebfahrzeuges nach der Erfindung mit einem Antriebsblock für beide Achsen,

Fig. 2 ein zweiachsiges Drehgestell mit zwei getrennten Antriebseinheiten - je eine für jede Achse -,

Fig. 3 ein Drehgestell mit zwei antriebsmäßig ge­ trennten, auf einem gemeinsamen Rahmen be­ festigten Antriebsaggregaten,

Fig. 4 ein Drehgestell mit einem an einem Drehstab- Pendel-Paar aufgehängten Antriebsblock mit zwei Achsgetrieben,

Fig. 4a die Anordnung eines Dämpfungsgliedes zwischen dem Antriebsblock und dem Rahmen des Drehge­ stells bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4.

Die Fig. 1 bis 4 sind perspektivische Darstellungen, Fig. 4a ist eine Draufsicht. Die Zeichnungen sind zum Teil stark vereinfacht, um das Wesentliche zu zeigen.

Der Drehgestellrahmen 1 besteht aus zwei Längsträgern 2 an den Außenseiten und zwei Querverbindungen 3 an den Stirnseiten. Das Drehgestell weist zwei Achsen 4 mit je zwei auf den Schienen 6 laufenden Rädern 5 auf.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die Achslager 7 der Achsen 4 über je eine Feder 8 in Längsrichtung - d. h. in Gleis- bzw. Fahrtrichtung - und über je ein Feder- und Dämpfungselement 9 bzw. 10 in senkrechter Rich­ tung und über je ein Feder- und Dämpfungselement 11 bzw. 12 in Querrichtung - d. h. quer zur Gleis- bzw. Fahrtrichtung - mit dem Drehgestellrahmen 1 verbunden. In den Fig. 2 bis 4 sind die Federelemente 8 und die Paare aus Feder- und Dämpfungselementen 9, 10 bzw. 11, 12 der Einfachheit halber nur mit strichpunktierten Linien angedeutet. Zur Aufnahme der senkrechten Kräfte ist jedem Achslager 7 eine Halterung 13 an den Längs­ trägern 2 zugeordnet.

Der Antrieb für die beiden Achsen 4 ist bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in einem ein­ zigen Antriebsblock 14 zusammengefaßt. Der Antriebs­ block 14 ist zu einer senkrechten Achse 15 im wesent­ lichen symmetrisch gestaltet. In Querrichtung ist der Antriebsblock 14 auf jeder Seite über je ein Federele­ ment 16 und ein Dämpfungselement 17 mit den Längsträ­ gern 2 des Drehgestellrahmens 1 verbunden, wobei die aus je einem Feder- und Dämpfungselement 16 bzw. 17 bestehenden Einheiten von der senkrechten Achse 15 in Längsrichtung einen Abstand l, untereinander also einen Abstand von - wie in Fig. 1 dargestellt - 2 l aufweisen.

Für die Kraft- bzw. Drehmomentübertragung von dem An­ triebsblock 14 zu den Achsen 4 kann grundsätzlich je­ de geeignete bekannte Lösung vorgesehen werden, sofern sie die für eine optimale Auslegung erforderlichen Feder- und Dämpfungskennwerte aufweist. Bei den in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen ist eine in ihrer Ausführung bekannte Hohlwelle 18 vorge­ sehen, die auf der einen Seite am Antriebsblock 14 bzw. am Getriebe 22 bzw. 30 und auf der anderen Seite an der Welle 4 bzw. dem Rad 5 kardanisch angelenkt ist. Die axial wirksamen Feder- und Dämpfungseigenschaften der kardanischen Kupplungen der Hohlwelle 18 sind in Fig. 1 in einem Ersatzsystem, bestehend aus je einem Feder- und Dämpfungselement 19 bzw. 20, angedeutet.

Durch die beschriebene Anordnung der Feder- und Dämpfungs­ elemente 16, 17 bzw. 18, 19 ist der Antriebsblock 14 sowohl translatorisch in Querrichtung als auch rotato­ risch um die senkrechte Achse 15 gegenüber dem Drehge­ stellrahmen 1 beweglich gelagert.

Der Antriebsblock 14 ist in Längsrichtung und in bezug auf seine eigene Längsachse und in bezug auf seine eigene Längsachse über (nicht dargestellte) be­ kannte gummi-elastische Elemente im Drehgestellrahmen 1 gelagert, durch die dem Antriebsblock 14 gegenüber dem Drehgestellrahmen 1 in den genannten Bewegungsrelationen nur geringe Bewegungsmöglichkeiten gegeben sind. Die senkrechte Anlenkung des An­ triebsblocks 14 an den Drehgestellrahmen 1 kann in bekannter Weise mittels Pendellenker, wie sie in den Fig. 2 und 3 dargestellt sind, erfolgen, so daß die oben beschriebenen Bewegungen in der horizonta­ len Ebene möglich sind.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt jeder Radsatz 4, 5 einen getrennten Antrieb. Jeder Antrieb besteht aus einem Motor 21, dem Ge­ triebe 22 und der Hohlwelle 18. Die Motoren 21 sind über Pendel 23 an den Holmen 24 einer brückenartigen Querverbindung 25 des Drehgestellrahmens 1 aufge­ hängt und mit Hilfe von Drehmomentstützen 26 über einen Bolzen 27 in Längsrichtung an den Querverbin­ dungen 3 des Drehgestellrahmens 1 angelenkt. Durch die Pendelaufhängung ist eine Bewegung der Motoren in Querrichtung gegeben, durch die Bolzen 27 ist je eine senkrechte Drehachse für jeden Antriebsblock 21, 22 bestimmt. Die als Zylinder dargestellten Einhei­ ten, bestehend je aus einem Federelement 16 und einem Dämpfungselement 17, sind zu beiden Seiten zwischen den Motoren 21 und den Längsträgern 2 des Drehge­ stellrahmens 1 angeordnet.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei getrennte Antriebe, bestehend aus je einem Motor 21, einem Getriebe 22 und einer Hohlwelle 18, vorgesehen. Diese Antriebe sind durch ein Rahmenge­ stell 28 - schwingungstechnisch gesehen - zu einem Antriebsblock zusammengefaßt. Das Rahmengestell 28 ist in der bereits beschriebenen Weise über Pendel 23 am Drehgestellrahmen 1 angehängt und in Querrichtung über als Zylinder dargestellte Einheiten, bestehend aus je einem Federelement 16 und einem Dämpfungsele­ ment 17, gegen den Drehgestellrahmen 1 abgestützt. Der auf dem Rahmengestell 28 zusammengefaßte Antrieb kann sich somit sowohl translatorisch in Querrich­ tung als auch rotatorisch um die durch die Mitte des Rahmengestells 28 gegebene senkrechte Achse 15 bewegen. Bei dem in Fig. 4 und 4a dargestellten Ausführungs­ beispiel ist wiederum ein einziger Antriebsblock, be­ stehend aus einem Motor 29 und zwei Achsgetrieben 30 vorgesehen. Der Motor 29 ist wiederum über Pendel 31 an den Drehgestellrahmen 1 aufgehängt, im Unterschied zu den bisherigen Ausführungsbeispielen sind die Pen­ del 31 an ihrem oberen Ende jedoch über verdrehsteife Verbindungen 32 an Drehstabfedern 33 befestigt, wobei die Drehstabfedern 33 in auf der Querverbindung 25 an­ geordneten Lagern drehbar sind. Die aus je einem Fe­ der- und einem Dämpfungselement 16 bzw. 17 bestehenden, als Zylinder dargestellten Einheiten sind in Quer­ richtung mittig zwischen den Achsen 4 in einer Flucht angeordnet. Mit dieser Anordnung wird der Vorteil er­ möglicht, die Feder- und Dämpfungselemente für die translatorische Bewegung des Antriebsblocks 29, 30 in Querrichtung und die rotatorische Bewegung um die senkrechte Achse 15 getrennt dimensionieren zu können. Bei der translatorischen Bewegung drehen sich die Dreh­ stabfedern 33 mit den Pendeln 31 in ihrem ursprünglichen, nicht verformten Zustand in den Lagern 34. Die Feder- und Dämpfungseigenschaften sind durch die aus den Feder- und Dämpfungselementen 16 bzw. 17 bestehenden Einheiten gegeben. Bei der rotatorischen Bewegung machen die bei­ den aur jeder Seite befindlichen Pendel 31 gegenläufige Ausschläge, so daß die Drehstabfedern 33 verdreht wer­ den und auf den Antriebsblock 29, 30 eine Rückstell­ kraft ausüben. Die für die Drehbewegung des Antriebs­ blocks vorgesehene Dämpfung wird durch mindestens ein Dämpfungselement 35 - wie in Bild 4a dargestellt - ver­ wirklicht. Bei der Drehbewegung des Antriebsblocks bleiben die aus den Feder- und Dämpfungselementen 16 bzw. 17 bestehenden Einheiten praktisch inaktiv, bei der translatorischen Bewegung sind die Drehstabfedern 33 und das bzw. die Dämpfungselemente 35 inaktiv.

Für ein Schwingungsmodell entsprechend dem Ausführungs­ beispieI nach Fig. 1 durchgeführte Berechnungen haben nach Optimierung der Feder- und Dämpfungskennwerte bei vorgegebenen Massen kritische Fahrgeschwindigkeiten ergeben, die weit über denjenigen für Schienenfahrzeu­ ge liegen, die mit Drehgestellen bisher bekannter Art ausgerüstet sind.

Claims (4)

1. Drehgestell-Schienenfahrzeug mit mindestens einem Antriebsaggregat, das am Drehgestellrahmen derart gelagert ist, daß es eine rotatorische Beweglichkeit um eine senkrechte Achse aufweist, und das in Querrichtung über mindestens ein Federelement mit dem Drehgestellrahmen verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,

• - daß das bzw. die Antriebsaggregate (14; 21; 29) in Querrichtung zusätzlich über mindestens ein Dämpfungselement (17) mit dem Drehgestellrahmen (1) verbunden sind,
• - daß das bzw. die Antriebsaggregate (14; 21; 29) gegenüber den Radsätzen (4, 5) in Querrichtung beweglich sind,
• - daß das bzw. die Antriebsaggregate (14; 21; 29) innerhalb des Drehgestellrahmens (1) in Querrichtung im wesentlichen um den gleichen Ausschlag translatorisch und um eine senkrechte Achse (15) im wesentlichen um den gleichen Drehwinkel rotatorisch bewegbar sind wie der Drehgestellrahmen (1) im Gleis (6) und
• - daß das aus dem Antriebsaggregat bzw. den Antriebsaggregaten (14; 21, 29) und den in Querrichtung angeordneten Feder- und Dämpfungselementen (16, 17) bestehende Schwingungssystem in bezug auf den Drehgestellrahmen (1) in Querrichtung und um die senkrechte Achse (15) auf etwa 5 Hz begrenzte Eigenschwingungen aufweist.

2. Drehgestell-Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, bei dem jedes Drehgestell lediglich einen einzigen Antriebsblock (Längsmotor mit Achs­ winkelgetrieben) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die quer ausgerichteten Feder- und Dämpfungs­ elemente (16; 17) zwischen dem Antriebsblock (14; 29) und dem Drehgestellrahmen (1) an Lagerstellen angelenkt sind, die - in Längsrichtung des Dreh­ gestelles gesehen - einen Abstand (2 l) vonein­ ander aufweisen und symmetrisch zur senkrechten Drehachse (15) des Antriebsblocks angeordnet sind.

3. Drehgestell-Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die translatorische Bewegung des bzw. der Antriebsaggregate (14; 21; 29) und für die rotatorische Bewegung um dessen bzw. deren senkrechte Drehachse (15) getrennte Systeme von Feder- und Dämpfungselementen (16; 17; 33; 35) vorgesehen sind.

4. Drehgestell-Schienenfahrzeug nach Anspruch 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das bzw. die Antriebs­ aggregate (30) in an sich bekannter Weise an Pendeln (31) im Drehgestellrahmen aufgehängt sind, und daß die das bzw. die Antriebsaggregate (30) haltenden Pendel (31) paarweise über verdrehsteife Verbindungen (32) an längsliegenden Drehstabfedern (33), die ihrerseits auf dem Drehgestellrahmen (1) gelagert sind, befestigt sind, wobei in Querrich­ tung zwischen dem Antriebsaggregat (30) und dem einem Feder- und einem Dämpfungselement (16; 17) bestehende Einheiten in einer Flucht mittig zum Antriebsblock (29, 30) angeordnet sind.