DE3048515A1 - Rail vehicle primary suspension and wheel set pivot - has set vertical spring and horizontal layered spring with contoured faces - Google Patents
Rail vehicle primary suspension and wheel set pivot - has set vertical spring and horizontal layered spring with contoured facesInfo
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Abstract
Description
Primärfederung und Radsatzanlenkung für Primary suspension and wheelset linkage for
Schienenfahrzeuge. Rail vehicles.
Die Erfindung betrifft eine Primärfederung und Radsatzanlenkung für Schienenfahrzeuge, bei der jedes Achslagergehäuse in Fahrzeuglängsrichtung beidseitig Tragarme aufweist, und sich zwischen diesen Tragarmen und dem Drehgestellrahmen bzw. dem Wagenkasten Federn befinden.The invention relates to a primary suspension and wheel set articulation for Rail vehicles in which each axle bearing housing is on both sides in the longitudinal direction of the vehicle Has support arms, and between these support arms and the bogie frame or the car body are springs.
Bei der Bestimmung der vertikalen Steifigkeit der Primärfederung eines Schienenfahrzeuges ist die Elgenbiegefrequenz in senkrechter Richtung des Wagenkastens zu beachten. So ist beispielsweise bei einem Drehgestell fahrzeug die Steifigkeit so auszulegen, daß die Tauch- und Nickfrequenz des Drehgestellrahmens oberhalb oder unterhalb der Eigenbiegefrequenz des Wagenkastens liegen.When determining the vertical stiffness of the primary suspension of a Rail vehicle is the Elgen bending frequency in the vertical direction of the car body to be observed. For example, the rigidity of a bogie vehicle to be interpreted so that the diving and pitching frequency of the bogie frame is above or are below the self-bending frequency of the car body.
Liegen die Tauch- und Nickfrequenzen des Drehgestellrahmens oberhalb der Eigendurchbiegefrequenz des Wagenkastens, so spricht man von einer harten, im umgekehrten Fall von einer weichen Primärfederung. Beide Federungsarten sind bekannt.Are the diving and pitching frequencies of the bogie frame above the self-bending frequency of the car body, one speaks of a hard, im reverse case of a soft primary suspension. Both types of suspension are known.
Bezeichnet man in der Horizontalebene die Fahrtrichtung als x-Richtung und die Richtung quer zur Fahrtrichtung als y-Richtung, so gilt für die Anlenkung der Radsätze: es ist çundsätzlich vorteilhaft in x-Richtung ehe möglichst weiche Ankopplung der Radsätze an den Drehgestell-rahmen bzw. den Wagenkasten vorzusehen. Bei einer x-weichen Anlenkung können sich die Radsätze in Kurven radial zum Gleisradius einstellen, wodurch die Kräfte zwischen Rad und Schiene reduziert werden, und damit auch der Verschleiß stark gemindert wird. Andererseits ist es bekannt, daß es von verschiedenen Faktoren wie zum Beispiel Achslast, Radsatzmasse und Achsabstand, insbesondere jedoch von der x-Steifigkeit der Radsatzanlenkung abhängt, ab welcher Fahrgeschwindigkeit der Radsatzlauf des Fahrzeuges instabil wrd. Ein instabiler Radsatzlauf muß aus Sicherheitsgründen vermieden werden.In the horizontal plane, the direction of travel is referred to as the x-direction and the direction transverse to the direction of travel as the y-direction, then applies to the articulation of the wheelsets: it is fundamentally advantageous in the x-direction before being as soft as possible To provide coupling of the wheel sets to the bogie frame or the car body. With an x-soft linkage, the wheelsets can curve radially to the track radius adjust, whereby the forces between wheel and rail are reduced, and thus wear is also greatly reduced. On the other hand it is known that it depends on various factors such as axle load, axle weight and axle spacing, in particular, however, depends on the x-stiffness of the wheelset articulation, from which Driving speed of the wheelset running of the vehicle becomes unstable. An unstable one Wheelset running must be avoided for safety reasons.
Es ist ferner aus Erfahrung bekannt, daß bei gleicher x-lastizität ein Drehgestellfahrzeug mit niedriger Achslast und kleinem Achsabstand bei wesentlich niedrigerer Fahrgeschwindigkeit bereits instabil läuft als ein Fahrzeug mit großer Achslast und großem Achsabstand.It is also known from experience that with the same x-elasticity a bogie vehicle with a low axle load and a small wheelbase at significantly lower driving speed is already unstable than a vehicle with large Axle load and large center distance.
Vielfach werden nun für die genannten Fahrzeuge gleiche Fahrgeschwindigkeiten gefordert, die das schwerere Fahrzeug noch erreicht ohne instabilen Radsatzlauf zu zeigen.In many cases, the same driving speeds are now achieved for the vehicles mentioned required, which the heavier vehicle can still achieve without unstable wheelset running to show.
Damit das leichtere Fahrzeug die gleiche Fahrgeschwindigkeit erreicht,ohne daß instabiler Radsatzlauf eintritt, muß bei dem leichteren Fahzeug die x-Steifigkeit der Radsatzanlenkung entsprechend erhöht werden auf Kosten der radialen Einstellung der Radsätze, d.h. unter Inkaufnahme von größerem Verschleiß an Rad und Schiene.So that the lighter vehicle can reach the same speed without In the case of the lighter vehicle, the x-stiffness must be used for unstable running of the wheelset the wheel set articulation can be increased accordingly at the expense of the radial setting of the wheel sets, i.e. accepting greater wear on the wheel and rail.
Es wäre unwirtschaftlich und deshalb für eine Bahnverwaltung nicht annehmbar, aus dieser Erkenntnis den Schluß zu ziehen, alle Fahrzeuge mit einer x-harten Radsatzanlenkung zu versehen, wobei für die Mehrzahl der Fahrzeuge nämlich für alle Fahrzeuge, die meistens mit relativ niedrigen Fahrgeschwindigkeiten verkehren, der größere Rad- und Schienenverschleiß in Kauf genommen werden m§ßte.It would be uneconomical and therefore not for a railway administration acceptable to draw the conclusion from this, all vehicles with a x-hard wheelset linkage to be provided, namely for the majority of vehicles for all vehicles that mostly travel at relatively low speeds, the greater wheel and rail wear would have to be accepted.
Es wäre deshalb wünschenswert, eine Radsatzanlenkung vorzusehen, deren xElastizität in einem breiten Spektrum variabel ausgeführt werden kann, wobei es besonders vorteilhaft wäre, wenn ohne Beeinflussung der vertikalen Primärfederung und ohne Eingriffe in die Ausführung des Drehgestellrahmens bzw. des Wagenkastens und ohne Änderung der Achslagergehäuse jede gewünschte x-Steifigkeit der Radsatzanlenkung erreicht werden könnte.It would therefore be desirable to provide a wheel set, whose xelasticity can be carried out variably in a wide range, with it would be particularly advantageous if without influencing the vertical primary suspension and without interfering with the design of the bogie frame or the car body and any desired x-stiffness of the wheelset articulation without changing the axle box could be achieved.
Es ist aus der DE-OS 1 755 875 eine Radsatzanlenkung bekannt, bei deritrimärfederung vertikal hart ist, und die Forderung bezüglich der Variation der x-Steifigkeit bei gleichem Drehgestellrahmen und gleichen Radsatzlagergehäusen erfüllt ist.It is known from DE-OS 1 755 875 a wheel set articulation with deritrimärfederung is vertically hard, and the requirement regarding the variation the x-stiffness with the same bogie frame and the same wheelset bearing housings is satisfied.
Bei dieser bekannten Radsatzanlenkung ist aber die Forderung nicht erfüllt, daß die Änderung der x-Steifigkeit erzielbar ist ohne gleichzeitig die vertikale Federung zu verändern.In this known wheel set articulation, however, the requirement is not meets that the change in the x-stiffness can be achieved without the to change vertical suspension.
Von den bekannten weichen Primärfederungen kommen dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung diejenigen am nächsten, bei denen das Achslagergehäuse in Fahrtrichtung auf einer Seite einen Tragarm besitzt, der die Primärfeder trägt, während die andere Seite als Achslenker mit horizontaler Schwenkachse ausgebildet ist, der in der Hauptsache aus Verschleißgründen und zwecks Körperschallisolation in einer Gummibuchse an einem Zapfen des Drehgestellrahmens bzw. des Wagenkastens gelagert ist. Diese Gummibuchsen können in ihre x-Steifigkeit, wenn keine wesentlichen Änderungen am Drehgestellrahmen vorgenommen werden sollen, nur in begrenztem Umfang, zum Beispiel durch Änderung der Härte des Gummis, gegebenenfalls noch durch Ausnehmungen im Gummi variiert werden. Größere Änderungen der x-Steifigkeit erfordern eine konstruktive Anpassung der umgehenden Teile des Drehgestellrahmens bzw. des Wagenkastens.From the well-known soft primary springs come the subject of present invention those closest to where the journal bearing housing in Direction of travel has a support arm on one side that carries the primary spring, while the other side is designed as a wishbone with a horizontal pivot axis which is mainly for reasons of wear and tear and for the purpose of structure-borne sound insulation in a rubber bushing on a pin of the bogie frame or the car body is stored. These rubber bushings can in their x-stiffness, if not essential Changes to the bogie frame are to be made, only to a limited extent, for example by changing the hardness of the rubber, possibly also by means of recesses can be varied in the rubber. Larger changes in the x-stiffness require a constructive Adaptation of the surrounding parts of the bogie frame or the car body.
Dieser bekannten Anlenkung haftet darüber hinaus der Nachteil an, daß schon bei der Herstellung aufwendige maschinelle Bearbeitungen an den Lagerstellen der Drehgestellrahmen bzw.This known articulation also has the disadvantage that complex machine processing at the bearing points already during manufacture the bogie frame or
des Wagenkasten erforderlich sind, und daß zum Ein- und Ausbau der Radsätze eine Vielzahl von Schrauben- und/oder Bolzenverbindungen montiert bzw. gelöst werden müssen.of the car body are required, and that for installation and removal of the Wheel sets a large number of screw and / or bolt connections mounted or need to be resolved.
Die einander widersprechenden Forderungen werden bei dem Drehgestell nach der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 genannten Merkmale erfüllt.The contradicting requirements are in the case of the bogie according to the invention by those mentioned in the characterizing part of claim 1 Features met.
Durch diese Kombination einer in senkrechter Richtung weichen Feder mit einer, auf ihre horizontalen Federeigenschaften, ausgelegten Feder, die in senkrechter Richtung hart sein kann, wird den folgenden Anforderungen genügt: a) Die Radsatzanlenkung enthält ein Federdement, das dem Drehgestellrahmen eine Tauch- und Nickfrequenz verleiht, die niedriger ist als die vertikale Einbiegefrequenz des Wagenkastens. Dieses Federelement kann, wie in den Unteransprüchen 2 und 3 angegeben, eine Schraubenfeder, eine Elastomerfeder oder eine Gasfeder sein.This combination of a spring that is soft in the vertical direction with a spring designed for its horizontal spring properties, the vertical spring Direction can be hard, the following requirements will be met: a) The wheel set articulation contains a spring element that gives the bogie frame a diving and pitching frequency which is lower than the vertical turning frequency of the car body. This spring element can, as indicated in the dependent claims 2 and 3, a helical spring, be an elastomer spring or a gas spring.
b) Dadurch, daß dem unter a) genannten Federelement ein Federelement gegenüberliegt, dessen brizontale Federeigenschaften veränderbar sind, und das gegen andere Federelemente mit anderen horizontalen Federeigenschaften austauschT bar ist, wird eine weitgehende Anpassbarkeit an die Radsatzanlenkung erzielt. Insbesondere können die Federelemente bezüglich des Einbaues gleich gestaltet sein. Die Federkonstanten dieser Federelemente können in x-Richtung in einem Bereich von 2.000N/mm bis 100.000 N/mm liegen.b) In that the spring element mentioned under a) is a spring element opposite, whose brizontal spring properties are changeable, and against other spring elements with other horizontal spring properties can be exchanged is, a high degree of adaptability to the wheelset articulation is achieved. In particular the spring elements can be designed in the same way with regard to installation. The spring constants these spring elements can range from 2,000N / mm to 100,000 in the x direction N / mm.
c) Dem Federelement nach b) können gleichzeitig in y-Richtung solche Federeigenschaften gegeben werden, daß die auf das Achslager aus den dort wirkenden y-KrAften resultierenden Verkantungsmomente aufgehoben oder aut eine den Achslagern nicht schadende Größe reduziert werden. Daraus ergibt sich das Kennzeichen nach Unteranspruch 7.c) The spring element according to b) can have such in the y-direction at the same time Spring properties are given that the acting on the axle bearing from there y-forces are canceled or the axle bearings non-damaging size can be reduced. This results in the code after Dependent claim 7.
d) Da die vertikale Federung von dem ersten, in senkrechter Richtung weichen Federelement übernommen wird, sind an die Federungseigenschaften des anderen Federelementes in senkrechter Richtung keine besonderen Anforderungen zu stellen.d) Because the vertical suspension from the first, in the vertical direction soft spring element is taken over, are due to the suspension properties of the other No special requirements should be placed on the spring element in the vertical direction.
e) Die Demontage der Radsätze beschränkt sich darauf, daß lediglich eine Abhebesicherung zu lösen ist, sonst aber keine Schrauben- und/oder Bolzenverbindungen gelöst werden müssen.e) The dismantling of the wheel sets is limited to that only a lift-off protection must be loosened, but otherwise no screw and / or bolt connections need to be resolved.
f) hir besondere Fälle, zum Beispiel für Fahrzeuge mit Fahrgeschwindigkeiten über 250 km/h, wobei eine besonders starre Anlenkung der Radsätze in x-Richtung erforderlich ist, kann wie in Anspruch 8 angegeben, ohne daß eine weitere Änderung erforderlich ist, das Achslagergehäuse durch eine starre, gegebenenfalls längeneinstellbare Anlenkstange mit dem Drehgestellrahmen bzw. mit dem Wagenkasten verbunden sein.f) in special cases, for example for vehicles with driving speeds over 250 km / h, with a particularly rigid articulation of the wheel sets in the x-direction is required, as stated in claim 8, without further change it is necessary to replace the axle bearing housing with a rigid, optionally adjustable length Link rod to be connected to the bogie frame or to the car body.
Die in senkrechter Richtung weiche Feder kann auch eine aus einer Gas feder und einer elastischen Feder kombinierte Weder sein, wie sie in der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung (Aktenzeichen ....., unsere Akte 80-10-94) beschrieben ist.The spring, which is soft in the vertical direction, can also be one of a Gas spring and an elastic spring combined Neither be like them in the same time filed patent application (file number ....., our file 80-10-94) is.
Bei der zweiten auf ihre horizontalen Federeigenschaften ausgelegten Feder, die in senkrechter Richtung hart sein kann, kann es sich um eine Feder handeln, wie sie als solche durch die DE-OS 1 755 875 bekannt ist. Die übereinander liegenden nichtebenen Flächen können dabei die in den Patentansprüchen 4 bis 6 genannten Kennzeichen aufweisen.The second is designed for its horizontal spring properties Spring, which can be hard in the vertical direction, it can be a spring, as is known as such from DE-OS 1,755,875. The ones lying on top of each other Non-flat surfaces can have the characteristics mentioned in claims 4 to 6 exhibit.
Ausführungsbeispiele von Primärfederungen und Achsanlenkungen nach der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine Ausführungsform der Primärfederung und Achsanlenkung mit einer Schraubenfeder als weiche Feder.Embodiments of primary suspension and axle articulations according to of the invention are shown in the figures. 1 shows an embodiment the primary suspension and axle linkage with a helical spring as a soft spring.
Fig. 2 eine Ausführungsform mit einer Kombination aus einer Gasfeder und einer Elastomerfeder als weiche Feder.2 shows an embodiment with a combination of a gas spring and an elastomer spring as a soft spring.
Fig. 3 eine Ausführungsform ähnlicn wie in Fig. 1 dargestellt, mit zusätzlichem Achslenker.Fig. 3 shows an embodiment similar to that shown in Fig. 1, with additional axle guide.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 besitzt das Achslagerge häuse 1 beidseitig zwei Tragarme 2 und 3, die in Fahrzeuglängsrichtung liegen. Der Drehgestellrahmen 9 bzw. der Wagenkasten stützt sich auf dem Tragarm 2 über die Schraubenfeder 4 ab, auf dem Tragarm 3 über die Elastomerfeder 5. Diese Elastomerfeder 5 besteht, wie dargestellt, aus zwei Metallteilen 6 und 7, zwischen denen sich ene Elastomerschicht 8 befindet.In the embodiment of FIG. 1, the Achslagerge housing 1 two support arms 2 and 3 on both sides, which lie in the longitudinal direction of the vehicle. The bogie frame 9 or the car body is supported on the support arm 2 via the helical spring 4, on the support arm 3 via the elastomer spring 5. This elastomer spring 5 consists of how shown, of two metal parts 6 and 7, between which there is an elastomer layer 8 is located.
Die Flächen 6a, 6b und 7a, 7b der Metallteile sind dachförmig geneigt und zwar so, daß ihre Schnittlinie die Federachse 23 schneidet und quer zur Fahrtrichtung liegt. Unter Federachse ist dabei stets die Linie zu verstehen, die mit der senkrechten Achse des Zapfens 11, durch den die Feder mit dem Drehgestellrahmen bzw. dem Wagenkasten verbunden ist, zusammentällt.The surfaces 6a, 6b and 7a, 7b of the metal parts are inclined in a roof shape in such a way that its line of intersection intersects the spring axis 23 and transversely to the direction of travel lies. The spring axis is always to be understood as the line with the vertical one Axis of the pin 11, through which the spring with the bogie frame or the car body is connected, coincides.
In diesem Fall ergibt sich eine in x-Richtung harte, in y-Richtung etwas weichere Federung. In senkrechter Richtung ist die Elastomerfeder 5 hart, dagegen läßt die Schraubenfeder 4 in senkrechter Richtung größere Bewegungen zu, ergibt also eine insgesamt weichere Primärfederung, wobei beim Einfedern der Feder 4 das Achslagergehäuse 1 eine Schwenkbewegung ausführt, bei der die Federung 5 als Gelenk wirkt. Die Gelenkachse liegt in y-Richtung und somit liegen die Elastomerflächen 8 parallel zur Gelenkachse und werden beim Einfedern der in senkrechter Richtung weichen Federung 4 nur wenig beansprucht. Die beiden Federn 4 und 5 sind durch die Zapfen 10 bzw. 11 in Aufnahmebohrungen im Drehgestellrahmen bzw. Wagenkasten geführt, so daß jede dieser Federn durch eine Feder mit anderen Federeigenschaften, aber gleichen Einbaumaßen, ersetzt werden kann. Einstellarbeiten sind also bei der Fertigung oder beim Austausch einer Feder nicht erforderlich, was fertigungstechrlisch besonders vorteilhaft ist.In this case, the result is a hard one in the x-direction and one that is hard in the y-direction slightly softer suspension. In the vertical direction, the elastomer spring 5 is hard, on the other hand, the helical spring 4 allows larger movements in the vertical direction, thus results in an overall softer primary suspension, with the spring being compressed 4, the axle bearing housing 1 executes a pivoting movement in which the suspension 5 as Joint works. The joint axis lies in the y-direction and thus the elastomer surfaces lie 8 parallel to the joint axis and are in the vertical direction during compression soft suspension 4 is only slightly stressed. The two springs 4 and 5 are through the Pin 10 or 11 guided in mounting holes in the bogie frame or car body, so that each of these springs is replaced by a spring with different spring properties, however same installation dimensions, can be replaced. Adjustments are therefore in the production or when replacing a spring is not required, which is particularly manufacturing technology is advantageous.
Um Bautoleranzen in Querrichtung zwischen dem Radsatz und dem Achslagergehäuse auszugleichen, können die Zapfen, wie durch die DE-PS 2 158 357 bekannt, in Fahrzeuglängsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sein. Zur Dämpfung von Schwingungen kann ein Schwingungsdämpfer 12 vorgesehen sein.To build tolerances in the transverse direction between the wheelset and the axle box to compensate, the pin, as known from DE-PS 2 158 357, in the longitudinal direction of the vehicle be arranged offset from one another. A vibration damper can be used to damp vibrations 12 may be provided.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 versehen. Die in senkrechter Richtung weiche Federung 4 ist in diesem Fall eine Feder, die die Kombination einer elastischen und einer Gasfeder ist, wobei die Druckräume der Gasfeder mit den Druckräumen der Sekundärfedern,die ebenfalls Gasfedern sind, in Verbindung stehen.In the embodiment according to FIG. 2, identical parts are identical Reference numerals as provided in FIG. 1. The suspension, which is soft in the vertical direction 4 is in this case a spring, which is the combination of an elastic and a Gas spring is, the pressure chambers of the gas spring with the pressure chambers of the secondary springs, which are also gas springs, are connected.
Diese kombinierte Feder besteht aus zwei einseitig offenen Zylindern 13 und 14, deren offene Seiten einander zugewandt sind. Die beiden Zylinder sind miteinander verbunden durch einen elastischen Ring 15, der gegebenenfalls durch einen Metallring 16 verstärkt und versteift sein kann. Der elastische Ring 15 wirt dabei als elastische Feder. Der Innenraum 17 der Feder ist nach außen luftdicht abgeschlossen, so daß die ganze Feder gleichzeitig als Gasfeder wirkt. Die Druckluft wird der Gasfeder durch eine Leitung 18 zugeleitet, wobei gemäß der bereits erwähnten gleichzeitig eir;reichten Patentanmeldung diese Leitung 18 mit den Druckräumen der sekundären Luftfedern verbunden sein kann.This combined spring consists of two cylinders open on one side 13 and 14, the open sides of which face each other. The two cylinders are connected to each other by an elastic ring 15, which optionally through a metal ring 16 can be reinforced and stiffened. The elastic ring 15 hosts as an elastic spring. The interior 17 of the spring is airtight to the outside closed, so that the whole spring acts as a gas spring at the same time. The compressed air is fed to the gas spring through a line 18, according to the already mentioned at the same time eir; patent application filed this line 18 with the pressure chambers of the secondary air springs can be connected.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das im wesentlichen der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform entspricht, wobeijedoch zusätzlich das Achslagergehäuse 1 mit dem Drehgestellrahmen 9 durch einen in Fahrzeuglängsrichtung liegenden Achslenker 19 verbunden ist, der bei 20 gelenkig am Achslagergehäuse, bei 21 gelenkig am Drehgestellrahmen angeordnet ist.Fig. 3 shows an embodiment which is essentially that in Fig. 1 corresponds to the embodiment shown, but with the addition of the axle bearing housing 1 with the bogie frame 9 by an axle guide lying in the longitudinal direction of the vehicle 19 is connected, which is articulated at 20 on the axle box, at 21 articulated on the bogie frame is arranged.
Zur Geräuschdämpfung können diese gelenkigen Verbindungen als Gummimetallverbindungen ausgeführt sein.These articulated connections can be used as rubber-to-metal connections to dampen noise be executed.
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