DE3123858A1

DE3123858A1 - Laufwerk fuer ein schienenfahrzeug

Info

Publication number: DE3123858A1
Application number: DE19813123858
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. 4330 Mülheim Budde; Heinrich Dipl.-Ing. 4300 Essen Gerdsmeier; Wolfgang Dipl.-Ing. 4330 Mülheim Michels
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Vossloh Schienenfahrzeugtechnik GmbH
Priority date: 1981-06-16
Filing date: 1981-06-16
Publication date: 1982-12-30
Also published as: DE3123858C2

Description

Laufwerk für ein Schienenfahrzeug
Laufwerk für ein Schienenfahrzeug mit einem auf den Achslagern von mindestens zwei durch eine Kopplungseinrichtung gegensinnig miteinander gekoppelten Radsätzen abgesti1btzten Rahmen. Unter Laufwerken im Sinne der Erfindung sind sowohl die entsprechenden Teile eines Starrahmenfahrzeugs als auch die von Drehgestellen eines Drehgestellfahrzeuges zu verstehen. Weiterhin umfassen Laufwerke im Sinne der Erfindung sowohl solche mit als auch solche ohne Antriebsaggregate.
Die Radsätze von Schienenfahrzeugen besitzen allgemein Laufflächen, die im wesentlichen konisch profiliert sind.
Durch diese Form des Laufflächenprofils können sich die Radsätze beim Lauf in der Gerade ständig zur Gleismitte hin zentrieren, so daß ein einseitiger Spurkranzanlauf und der damit verbundene Verschleiß an Rad und Schiene in der Regel vermieden -wird. Ein Laufwerk mit derartig profilierten Radsätzen stellt ein selbst erregbares schwingungssystem dar, das durch eine Anzahl charakteristischer Schwingformen geprägt ist. Jede einzelne dieser Schwingformen ist in einem bestimmten Maße gedämpft, wobei das Dämpfungsmaß generell von der Fahrgeschwindigkeit abhängt.
Die Fahrgeschwindigkeit, bei der die erste dieser Schwingformen instabil wird, wird als kritische Geschwindigkeit beechnet.
DSe für ein Laufwerk entscheidende Schwingform ist der "gleichphasige Radsatzsinuslauf", bei dem die beiden Radsätze eine gleichsinnige, sinusförmige Bewegung im Spurkanal, also eine kombinierte Quer-und Wendebewegung um ihre jeweiliae Hochachse ausführen.
Dieser gleichphasige Radsatzsinuslauf führt zuerst zur Instabilität des Laufverhaltens des Laufwerks.
Bei etwa der gleichen Frequenz, die zum gleichphasigen Radsazsinuslauf führt, tritt auch der "gegenphasige Radsatzsinuslauf" auf, der aber im allgemeinen deutlich höher gedämpft ist. An beiden Sinuslaufschwingformen ist der Rahmen des Laufwerks in unterschiedlichem Ausmaß beteiligt.
Beim gegenphasigen Radsatzsinuslauf heben sich die von den Radsätzen auf den Rahmen einwirkenden Koppelkräfte wegen ihrer entgegengesetzten Wirkungsrichtung im wesentlichen gegenseitig auf. Ein minimales Restmoment auf den Rahmen des Laufwerks ergibt sich lediglich dadurch, daß die Bewegung nicht exakt gleichphasig verläuft. Der Rahmen des Laufwerks bleibt aber dabei nahezu in Ruhe.
Beim gleichphasigen Radsatzsinuslauf dagegen wirken die Koppeikräfte bezüglich des Rahmens alle im gleichen Drehsinn. Sie erzeugen damit ein Moment, das den Rahmen des L«ufwerks seinerseits zu Drehschwingungen um seine Hochachse anregt. Diese Drehschwingungen werden durch die Längsanlenkung der Radsätze an den Rahmen des Laufwerks (sogenannte Primärkopplung), die wegen der Übertragung der Zug- und Bremskräfte in der Regel relativ hart ausgebildet ist, verstärkt. Die Beteiligung des Rahmens des Laufwerks an dieser Schwingung führt wegen der - gegenüber den Radsätzen - höheren Massenträgheiten zu großen Spurführunskräften und erklärt letztlich, warum der gleichphasige Radsatzsinuslauf als erste Schwingform instabil wird.
Bei bekannten Drehgestell-Schienenfahrzeugen, die für Geschwindigkeiten von 160 kmlh und darüber hinaus zu gelassen sind werden zur Erhöhung der kritischen Geschwindigkeit Dreh- oder Schlingerdämpfer eingesetzt, die an der Außenseite des Fahrzeugs in Längsrichtung zwischen Fahrzeugkasten und Drehgestellrahmen angeordnet sind,und die die beim gleichphasigen Radsatzsinuslauf auftretenden Drehschwingungen des Rahmens dämpfeSn°lMeanmit ergibt sich aber auch aleichzeitig eine zusätzliche Schwingungskopplung, über die unerwünschte Schwingungen som Laufwerk auf den Fahrzeugkasten übertragen werden können. Außerdem müssen Dämpfer mit degressiver Kennlinie eingesetzt werden um den Ausdrehwiderstand bei der Einfahrt in einen Bogen nicht zu hoch werden zu lassen. Trotzdem ist ein höherer Verschleiß an den Radsätzen und Schienen im Bogen nicht zu vermeiden.
Ein anderer Weg, das Laufverhalten von Schienenfahrzeugen zu verbessern besteht darin , die unerwünschte Schwingform des gleichphasigen Radsatzsinulauf durch eine Kopplung der Radsätze zu unterdrücken. So sind z.B. aus der DE-AS 23 56 267 Laufwerke für Schienenfahrzeuge bekannt, bei denen die Radsätze durch Radlenker miteinander verbunden sind. Diese Laufwerke haben aber insbesondere bei der Verwendung in Triebfahrzeugen den Nachteil, daß die Radlenker einen erheblichen Platzbedarf haben und so die Anordnung von Antriebsaggregaten erheblich erschwert ist. Für die Verwendung dieser Laufwerke in Fahrzeugen für den Schnellverkehr kommt nachteilig hinzu, daß die unmittelbar an den Radsätzen angreifenden Radlenker die unabgefederten Massen erhöhen und somit den Verschleiß an Rad und Schiene begünstigen.
Aus der DE-OS 25 53 310 ist ein Schienenfahrzeug bekannt, bei dem die Zugkraftübertragung von drehzapfenlosen Drehgestellen auf den Fahrzeugrahmen und umgekehrt über eine hydraulische Zylinderanordnung erfolgt, mit der gleichzeitig das Ausschwenken der Drehgestelle bei Bogenfahrt begünstigt wird. Diese Anordnung hat aber keinen Einfluß auf das Schwingungsverhalten der Radsätze bzw. auf die Dämpfung unerwünschter Schwingungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Laufwerk für Schienenfahrzeuge zu schaffen, bei dem die gegensinnige Kopplung der Radsätze zur Dämpfung des gleichphasigen Radsatzsinuslaufs bei allen Fahrzeugarten - insbesondere auch bei schnell fahrenden Triebfahrzeugen -anwendbar ist.
Diese Aufgabe-wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Achslagergehäuse der Radsätze - bei Fahrzeugen mit mehr als zwei Radsätzen der am weitesten voneinander entfernten Radsätze - über die Kolbenstange je eines am Rahmen des Fahrwerks - in bezug auf die Längsachse - fest angeordneten Hydraulikzylinders angelenkt sinda wobei zwischen den einander entsprechenden Kammern jeweils zweier diagonal gegenüber angeordneter Hydraulikzylinder eine Leitungsverbindung besteht. Durch diese hydraulische Kopplung der Radsätze werden gleichsinnige Auslenkungen der Radsätze verhindert und somit eine gleichphasige Sinusschwingung der Radsatz wirksam unterdrückt, wodurch das Laufverhalten von Schienenfahrzeugen sowohl in der Geraden als auch im Bogen wesentlich verbessert wird. Der Anteil der nicht abgefederten Masse ist wesentlich verringert. Die Verbindungsm leitungen zwischen den Hydraulikzylindern können zudem so angeordnet sein, daß genügend Platz für Antriebsmotoren usw. verfügbar ist.
Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. So ist es möglich, durch die Ausbildung des Laufwerks nach Anspruch 2 eine hydraulische "Längskopplung" herzustellen und so die einseitige Beaufschlagung der Elemente der gefederten mechanischen Anlenkung der Radsätze an den Rahmen des Laufwerks in Längsrichtung durch die Hydraulikzylinder nach dem Hauptanspruch abzubauen, zumindest aber sie zu reduzieren. Damit ist eine Reduzierung der Steifigkeit der Radsatzanlenkung und eine Verbesserung der freien Einstellung der Radsätze im Bogen ermöglicht0 Mit den Merkmalen des Anspruchs 3 wird insbesondere eine einfache und platzsparende Ausführungsform ermöglicht Um die hydraulische Kopplung der Radsätze mit einstellbaren Steifigkeits- und Dämpfungswerten betreiben zu können, ist das Laufwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 5 ausgebildet.
Ausführunasbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 ein Laufwerk nach der Erfindung in der Draufsicht in schematischer Darstellung Fig. 2 das Laufwerk nach Fig. 1 in einer Seitenansicht Fig. 3 die Verbindung der Zylinderanordnung nach Fig. 1 mit der Druckquelle in symbolischer Darstellung Fig. 4 andere Anordnungen von Zylindern um die und 5 Radstze Das allgemein mit 1 bezeichnete Laufwerk weist einen Rahmen.2 und zwei Radsätze 3 und 4 auf. Die Radsätze weisen an ihren Enden jeweils ein Achslager 11, 12 bzw.
13, 14 auf. Der Rahmen 2 kann sowohl als Fahrzeugrahmen eines drehgestellosen Fahrzeugs als auch als Drehgestell eines Drehgestell fahrzeugs ausgebildet sein.
Der Rahmen 2 stützt sich über Federn 15 auf den Radsätzen 3, 4 ab. In Längsrichtung sind die Radsätze 3, 4 über Lenker 16, 17 mit dem Rahmen 2 verbunden, wobei die Gelenke 18, 19 bzw. 20, 21 der Lenker 16 bzw. 17 an den Gehäusen der Achslager 11 bis 14 und an dem Rahmen 2 elastische Lagerelemente aus Gummi enthalten, die den Radsätzen 3, 4 in Längsrichtung einen gewissen Weg gegenüber dem Rahmen 2 ermöglichen (sogenannte Primärkopplung).
Die Achslager 11 bis 14 sind in Längsrichtung an der Kolbenstange je eines Hydraulikzylinders 31 bzw. 32 e 33, 34 angelenkt, wobei die entsprechenden Zylinderkammern diagonal gegenüberliegender Zylinder (31/34 bzw. 32/33) durch Leitungen 35, 36 miteinander verbunden sind. So besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Leitungsverbindung t35) zwischen dem Zylinder 31 vorne links und dem Zylinder 34 hinten rechts und eine Leitungsverbindung (36) zwischen dem Zylinder 32 vorne rechts und dem Zylinder 33 hinten links, wobei "vorne" durch den Pfeil V gekennzeichnet ist Bei einer Rechtsdrehung, d.h. bei einer Drehbewegung im Uhrzeigersinn des Radsatzes 3 um seine Hochachse 38 wird der Kolben des vorne links angeordneten Zylinders 31 herausgezogen und der Kolben des vorne rechts angeordneten Zylinders 32 hineingedrückt. Die Voluinenänderung in den Zylinderkammern pflanzt sich über die O1-säule in den Verbindungsleitungen 35 und 36 fort, so daß der Kolben des hinten links angeordneten Zylinders 33 heraus gedrückt und der Kolben des hinten rechts angeordneten Zylinders 34 hineingezogen wird. Dadurch erfährt der hintere Radsatz 4 eine Linksdrehung, d0hO eine Drehbewegung, die der Bewegung des Radsatzes 3 entgegengerichtet ist, um seine Hochachse 4'.
Die hydraulische Diagonalkopplung der Radsätze über die Zylinder 31 bis 34 ermöglicht damit gegensinnige Drehbewegungen der Radsätze 3, 4, während gleichsinnige nicht möglich sind. Der gleichphasige Radsatzsinuslauf wird so wirksam unterdrückt bzw. sehr stark gedämpft.
Damit die hydraulische Kopplung der Radsätze funktionstüchtig ist, steht das Druckmittel unter einem statischen Vordruck, der die Radsätze 3, 4 auseinanderdrückt.
Die hierdurch bedingte Druckkraft auf die Radsätze 3, 4 bzw. deren Achslager 11, 12 bzw. 13, 14 wirkt auf die Gelenke 18 bis 21 bzw. auf deren Federelemente, die deshalb sehr steif, d.h. mit großer Federrate ausgebildet sein müssen. Eine derartig harte Anlenkung der Radsätze 3, 4 in Längsrichtung behindert jedoch die Radialeinstellung der Radsätze im Bogen und führt generell zu einem erhöhten Verschleiß. Es ist deshalb vorgesehen, die von den "innen" liegenden Hydraulikzylindern 31 bis 34 erzeugten Kräfte auf die Radsätze 3, 4 mit Hilfe von "außen" angeordneten Hydraulikzylindern 41 bis 44 auszugleichen. Von den letztgenannten Hydraulikzylindern sind die beiden vorderen 41 und 42 und die beiden hinteren 43, 44 durch je eine Leitung 45 bzw. 46 verbunden. Die äußeren Hydraulikzylinder 41 bis 44 weisen vorzugsweise die gleichen wirksamen Kolbenflächen auf wie die inneren Hydraulikzylinder 31;bis 34. Die Leitungen 35, 36 und 45, 46 sind, um den gleichen statischen Vordruck und damit ausgeglichene Kräfte zu erhalten, an eine gemeinsame Druckquelle 24 rngeschlossen. Durch die Anordnung der außen angeordneten Hydraulikzylinder 41, 42 bzw. 43, 44 ist es möglich, die Federelemente der Gelenke 18 bis 21 sehr weich auszulegen, womit in vorteilhafter Weise erreicht wird, daß sich die Radsätze gegen eine beliebig klein einstellbare Rückstellkraft radial einstellen können Die Leitungen 35, 36 enthalten je ein zwischen dem vollen Durchgangsquerschnitt und der geschlossenen Sperrstellung einstellbares Drosselventil 37 bzw 38o Abhängig von der Einstellung der Charakteristik dieser Drosselventile kann der Phasenwinkel zwischen den Drehbewegungen der beiden Radsätze 3, 4 auch auf Werte ungleich 1800 gebracht werden. Damit ist die Möglichkeit gegeben, die Dämpfung des Schwingungssystems des Fahrwerks zusätzlich zu beeinflussen und somit das Gesamtsystem auf unterschiedliche Randparameter einzustellen In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 sind die Kammern der beiden an jeweils ein Achslager 11, 12 usw. angelenkten Hydraulikzylinder 31/41, 32/42 usw. in je einem doppelt wirkendem Hydraulikzylinder 51, 52 usw. vereinigt.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 sind die einfach wirkenden Hydraulikzylinder 31/41, 32/42 usw.
jeweils an einer Seite der Gehäuse der Achslager 11 2 12 usw. angeordnet.

Claims

An s. p r ü c h e 1.2Laufwerk für ein Schienenfahrzeug mit einem auf den Achslagern von mindestens zwei durch eine Kopplungseinrichtung gegensinnig miteinander gekoppelte8 Radsätzen abgestützten Rahmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Achslagergehäuse (11, 12; 13, 14) der Radsätze (3; 4) - bei Fahrwerken mit mehr als zwei Radsätzen der am weitesten voneinander entfernten Radsätze -über die Kolbenstangen je eines am Rahmen (2) des Fahrwerks (1) - in bezug auf die Längsachse - fest angeordneten Hydraulikzylinders (31, 32; 33, 34) angelenkt sind, wobei zwischen den einander entsprechenden Kammern je weils zweier diagonal gegenüber angeordneter Hydraulikzylinder (31, 34; 32, 33) eine Leitungsverbindung (35; 36) besteht.
2. Laufwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achslager (11, 12; 13, 14) über eine Kolbenstange in Wirkverbindung mit jeweils einer anderen Kammer eines am Rahmen (2) des Fahrwerks - in bezug auf die Längsachse -fest angeordneten Hydraulikzylinders (41, 42; 43, 44) verbundensind, wobei die einander entsprechenden Kammern der Hydraulikzylinder (41, 42) des einen Endes des Fahrwerks C1) und die einander entsprechenden Kammern der Hydraulikzylinder (43, 44) des anderen Endes des Fahrwerks (1) durch jeweils eine Leitung (45, 46) miteinander verbunden sind.
3. Laufwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achslager (11 bis 14) jeweils an der Kolbenstange eines doppelt wirkenden Hydraulikzylinders (51, 52, etc.) angelenkt sind.
4. Laufwerk nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Hydraulikzylinder (31 bis 34; 41 bis 44 bzw.

51 bis 54) verbindenden Leitungen (35, 36; 45, 46) an eine gemeinsame Druckquelle (24) angeschlossen sind.
5. Laufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Hydraulikzylinder verbindenden Leitungen (35, 36) Drosselventile (37, 38) mit einstellbarer Drosselwirkung enthalten.