DE3232289A1

DE3232289A1 - Eisenbahnwagen

Info

Publication number: DE3232289A1
Application number: DE19823232289
Authority: DE
Inventors: Herbert Pretoria Transvaal Scheffel
Original assignee: South African Inventions Development Corp
Current assignee: South African Inventions Development Corp
Priority date: 1981-08-31
Filing date: 1982-08-31
Publication date: 1983-03-24
Also published as: CA1188157A; SE8204963D0; FR2511962A1; SE8204963L; US4480553A; KR840001078A; JPS5873467A

Description

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VON KREISLER SCHCfNWALD"* **E*ISHOLO*· FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNER

PATENTANWÄLTE South African Inventions Dr.-Ing. von Kreisler 11973

Development Corporation _ , „_. ,, „ ,

^{e e} Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln

SaCSir, Scientia, Pretoria, Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden

Transvaal, South Africa Dr. J. F. Fues, Köln

Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln DipL-lng. G. Selting, Köln Dr. H-K. Werner, Köln

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

D-5000 KÖLN 1

30. August 19 82 Sg-fz

Eisenbahnwagen

Die Erfindung betrifft einen Eisenbahnwagen mit zwei Radsätzen, von denen jeder <aine fest mit zwei Rädern verbundene Achse aufweist und die Räder mit sich verjüngenden Laufflächen zur Erzeugung von Lenkkräften in Gleiskurven versehen sind, zwei Achskästen auf jedem Radsatz, federnden Auflagerelementen, welche beim Durchfahren einer Gleiskurve eine annänhernd radiale Einstellung jedes Radsatzes zu der Gleiskurve zulassen, zur Abstützung des lasttragenden Teiles auf den Achskästen und mit einer im wesentlichen diagonal zu dem Eisenbahnwagen verlaufenden und die Radsätae untereinander verbindenden Verbindungseinrichtung zur gegensinnigen Kopplung der Gier- und ' Seitenbewegungen der Radsätze zum Gegenwirken der Neigung der Radsätze zum Pendeln ,ohne die Fähigkeit der natürlichen Kurveneinstellcharakteristik der Radsätze zu beeinträchtigen.

Telefon: (0221) 131041 · Telex: 8882307 dopa d · Tcl.igromm: Dompatent Köln

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Schienenfahrzeuge und im einzelnen auf die Radaufhängung bei solchen Schienenfahrzeugen. Sie ist anwendbar bei Schienenfahrzeugen, bei denen der Wagenkörper oder Oberbau gelenkig auf zwei Laufwerken oder Fahrgestellen liegt, und bei Schienenfahrzeugen, bei denen der Wagenkasten unmittelbar von den Radsätzen getragen wird, z.B. bei vierrädrigen Fahrzeugen, die im .'5tand der Technik als "Vierräder" bekannt sind.

ο Der Ausdruck "Eisenbahnwagen" ist hier definiert als eine Eisenbahneinheit, die einen lasttragenden Teil aufweist, der auf mindestens zwei Radsätzen ruht. Ein derartiger Eisenbahnwagen kann ein Schienenfahrzeug mit Laufwerken oder ein Vierräder sein, bei dem der "lasttragende Teil" der Wagenkasten ist. Im Falle eines Fahrzeugs mit Laufwerken,ist der lasttragende Teil der die Laufwerke verbindene Rahmen.

Bei einem Schienenfahrzeug können die verschiedenen Massen, wie beispielsweise der Wagenkasten und die 0 Laufwerke, unerwünschte Schwingungen ausführen, beispielsweise Rollbewegungen, Gierbewegungen und Seitenbewegungen. Insbesondere können die Radsätze bei bestimmten Geschwindigkeiten in unerwünschter Weise seitlich schwingen und hierdurch die anderen Fahrzeugmassen anregen.

υΐο UiI-PS 4 067 261 beschreibt ein Sohienenfalirzeucj, bei dem die Radlaufflächen eine relativ hohe effektive Konizität haben. Jeler Radsatz ist an dem lasttragenden Teil federnd aufgehängt, so daß jeder Radsatz im wesentlichen selbstlenkenj ist, d.h. in einer Gleiskurve

richten sich die Radsätze auf natürliche Weise selbst auf den Kurvenradius aus, so daß der richtige Rolldurchmesser zwischen dem Innenrad und dem Außenrad eingenommen wird. Dieses Merkmal stellt eine geringe Abnutzung an Lauffläche und Schiene sicher. Solche Radsätze würden normalerweise in hohem Maße zur Instabilität neigen, d.h. sowohl auf geraden;, als auch auf kurvenförmigen Strecken stark schwingen. Dies liegt an der federnden Aufhängung der Radsätze und den von den verjüngt ausgebildeten Radlaufrf lachen erzeugten Kräften. Um dies zu verhindern, ist eine direkte Kopplung zwischen den Radsätzen vorgesehen. Durch diese Kopplung werden die Gierbewegungen gegensinnig, d.h. um 180° gegeneinander phasenverschoben, zwischen den Radsätzen übertragen, so daß der Pendelneigung entgegengewirkt wird, indem sichergestellt wird, daß letztlich pendelstabilisierende Kriechkräfte in den Kontaktbereichen Radlauffläche/Schiene erzeugt werden. Diese Kopplung stört nicht die selbstlenkenden Eigenschaften der Radsätze. Die Kopplung ver-0 läuft im wesentlichen diagonal zum Eisenbahnwagen und kann in Form diagonaler Lenker oder gelenkig verbundener Unterrahmen realisiert werden. Solche Kopplungen stellen sicher, daß auch bei sehr hohen Geschwindigkeiten Radsatzstabilität erreicht wird.

Bei einem Fahrzeug mit Laufwerken erhält man für jeden Laufwerkrahmen ein gewisses Maß an Stabilität infolge der gegenseitigen Verbindung der Laufwerke miteinander über den Wagenkasten und die Verbindung jedes Laufwerkrahmens mit den Radsätzen und daher mit der Schiene.

Da jedoch bei selbstlenkenden Laufwerken die Verbindungen zwischen dem Rahmen und den Radsätzen notwendigerweise elastisch sind und eine geringe Steifigkeit in Längsrichtung und in Seitenrichtung aufweisen, um die natürliehen Selbstlenkeigenschaften der Radsätze aufrechtzuerhalten, ist das Maß der Stabilisierung, die man durch die Wechselwirkung der Laufwerkrahmen über den Wagenkasten erhält, nicht allzu groß, so daß man nur auf die Stabxlisierungswirkung zwischen den Radsätzen eines jeden Laufwerks angewiesen ist, die die Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt.

Ein anderes Problem bezüglich der Selbstlenkungseigenschaften stabilisierter Eisenbahnwagen der oben genannten Art bestehb darin, daß Längsbewegungen der Radsätze relativ zueinander und zu dem lasttragenden Teil auftreten können, wie es beispielsweise beim Bremsen der Fall ist. Dies liegt an der geringen Steifigkeit der die Radsätze mit dem lasttragenden Teil verbindenden federnden Elemente in Fahrzeuglängsrichtung» 0 Die oben genannte US-PS beschreibt in Längsrichtung wirkende Anker, die das Gierzentrum eines jeden Radsatzes mit dem Laufwerkrahmen verbinden, um dieses Problem zu lösen. Diese Anker haben sich jedoch in der Praxis aus zwei Gründen nicht als akzeptabel erwiesen.

1. Infolge der Probleme und Kosten der Befestigung eines zentralen Lagers an jedem Radsatz und aus Platzgründen und 2. weil sxch erwiesen hat, daß die Anker einen

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Destabilisierungseffekt ausüben, da sie eine seitliche Verbindung zwischen den Radsätzen und dem lasttragenden Teil bewirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Eisenbahnwagen der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Radsätze eine erhöhte Längs Stabilität haben, ohne daß die natürlichen selbstlenkenden Eigenschaften der Radsätze und die Stabilisierungswirkung der Aufhängung beeinträchtigt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß eine zusätzliche Verbindunqsoinrichtung vorgesehen ist, die auf jeder Seite und im Abstand von der Längsachse des Eisenbahnwagens ein Lenkerpaar und einen Hebel aufweist, daß der Hebel an einer Stelle zwischen seinen Enden an dem lasttragenden Teil gelagert und um eine mittig zwischen den Achsen und parallel zu diesen verlaufende Achse gelagert ist> daß auf derselben Seite des Eisenbahnwagens die beiden Enden des Hebels gelenkig mit Lenkern verbunden sind und daß jeder Lenker mit 0 * seinem anderen Ende an einem separaten Achskasten angreift, wobei der Hebel frei von jeder anderen Verbindung mit dem lasttragenden Teil ist.

Die diagonale Vorbindungaei.nr I rht.unq at nbl U ti i ort dir Pendelneigung der federnd aufgehängten Radsätze. Dio zusätzliche Verbindungseinrichtung hierzu übt die folgenden Funktionen aus: die erste Funktion besteht darin, daß sie verhindert, daß der lasttragende Teil sich beim Bremsen oder im Falle von Zugkräften sich relativ zu den Radsätzen

bewegt, indem sichergestellt wird, daß auf jeder Seite des Fahrzeugs die Abstände zwischen jedem Achskasten und der Anlenkachse des Hebels gleich sind. Zweitens wird sichergestellt, daß Gierbewegungen des lasttragenden Teiles wirksam auf die Radsätze und damit auf die Kontaktbereiche Rad/Schiene übertragen werden. Diese zweite Funktion tritt insbesondere dann ein, wenn es sich um ein Fahrzeug mit Laufwerken handelt und der Wagenkasten gelenkig auf zwei Laufwerken abgestützt ist.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht des Laufwerks eines

Schienenfahrzeugs, mit einer ersten Ein- . richtung und einer zusätzlichen Verbindungs-

einrichtung zum gegensinnigen Koppeln der Gierbewegungen der Radsätze eines Radsatzpaares, teilweise aufgebrochen,

Fig. 2 eine Draufsicht der Ausführungsform nach 0 Fig.1,

Fig. 3 eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform, und

Fig. 4 eine Seitenansicht der Ausführungsform nach Fig. 3.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein dreiteiliges Laufwerk, das zwei Seitenrahmen 10 und eine Wiege 12 aufweist, die auf Schraubenfedern 14 abgestützt ist und sich relativ zu den Seitenrahmen 10 vertikal bewegen kann. Zwischen der Wiege und den Seitenrahmen sind Reibkeile 11 bekannter Art vorgesehen, so daß sich bei Gierbewegungen die Wiege und die Seitenrahmen als Einheit bewegen.

Die Wiege besteht im wesentlichen aus einer hohlen langgestreckten Kastenkonstruktion. Die Seitenrahmen 10 sind elastisch auf zwei Radsätzen 16 abgestützt, von denen jeder zwei Räder 18 aufweist, die fest oder starr an einer Achse 20 angebracht ist. Die Achsen rotieren in Lagern 22. Jedes Lager 22 ist über ein metallisches Futter 24, das eine auf dem Lager 22 ruhende bogenförmige Unterseite aufweist, einen auf der Oberseite des Futters 2 4 ruhenden Federadapter 26 und zwei Gummi-Sandwich-Elemente 28, von denen jedes auf einem Halter 32 bzw. 34 des Adapters 26 befestigt Lst und die den Seitenrahmen 10 tragen, mit dem Seitenrahmen 10 verbunden.

Jedes Gummi-Sandwich-Element 28 enthält abwechselnde Schichten aus Gummi und Metallplatten. Die Wiege weist eine herkömmliche schalenförmige Auflagerplatte 13 auf, 'um einen Oberbau oder Wagenkörper schwenkbar abzustützen, sowie in bekannter Weise zwei Stützböcke 15.

Auf der Reibplatte 13 kann ein Reibmaterial angebracht sein. Jeder Adapter 24 ist im Querschnitt kanalförmig ausgebildet.

An den Adaptern 26 ist ein gegossener oder bearbeiteter ünterrahmen 36 für jeden Radsatz 16 befestigt. Einander kreuzende und diagonal zueinander verlaufende Lenker

sind mit Zapfen und Buchsen 40 gelenkig an den Unterrahmen 36 angebracht, um die erste Verbindungseinrichtung zum gegensinnigen Koppeln der Gier- und Seitenbewegungen des Radsatzes 16 zu bilden. Für jedes Rad ist eine einfach wirkende Bremse vorgesehen. Die Bremsstangen und andere Komponenten der Bremsen sind, nicht dargestellt, da diese Teile von bekannter Konstruktion sein können.

Jedes Rad 18 weist eine profilierte Lauffläche mit hoher effektiver Konizität auf, z.B. eine Lauffläche mit "Standard-Abnutzungsprofil" oder mit einem anderen geeigneten Profil.

Die elastomeren Elemente 2 8 üben auf jeden Radsatz Gier- und Seitenzwänge aus, d.h. ein Rückstellmoment, das hin-15_ reichend klein ist, damit sich der Radsatz in einer Kurve radial zu dieser Kurve einstellen kann. Diese Lenkkräfte werden, durch das Zusammenwirken der Radlaufflächen mit den Schienen erzeugt.

Auf diosG Woiso ist jodor Radsatz in Kombination mit dem Profil der Radlaufflächen selbst Lenkend, d.h. das Kurvenfahren erfolgt ohne Schlupf zwischen den Rädern und den Schienen und ohne daß die Spurkränze der Räder die Schienen berühren.

An dem Laufwerk ist ferner auf beiden Seiten von der Längsachse des Wagens je eine zusätzliche Verbindungseinrichtung vorgesehen, die einen an einer horizontalen StummGlach.se 46 gelagerten Hebel 44 und einen Lenker aufweist,welcher zwischen den einander entgegengesetzten Enden des Hebels 4 4 und einem Zapfen 5 0 an jedem Achs-

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lager 22 angreift. Die Stuirrielachse 46 ist an einer an dem Seitenrahmen 10 angeschweißten und die Wiege 12 umspannenden Brücke 52 befestigt. Jeder Zapfen 5 0 ist in ähnlicher Weise an einer Brücke 5 4 befestigt, die an einem der Adapter 26 angebracht ist und das Lager 22,an dem dieser Adapter montiert ist, überbrückt. Die Zapfen 5 0 liegen jeweils in einer Linie mit der Achse eines Radsatzes. Die Stummelachse 46 befindet sich in der Mitte zwischen den Radsatzachsen und ist im wesentlichen in derselben horizontalen Ebene wie die Radsatwachsen angeordnet. Die Brücke 5 4 kann fortgelassen werden, wobei die Zapfen 5 0 an dem Adapter 26 unmittelbar angebracht sind, und zwar an einer Stelle, die gegenüber der Radsatzachse ver-Sj setzt ist, ohne daß die Wirkungsweise der Verbindungseinrichtung erheblich beeinträchtigt würde, unter der Voraussetzung, daß der Lenker 48 mit der Drehachse des Radsatzes ausgnrichhet ist. Ans to Ho einer Gleitlagerung des Hebels 44 auf der Sbummelachse 46 können die Verbindungen zwischen den beiden Lenkern 48 und dem Hebel 44 und den Achslagern 22 auch als Universalgelenke oder Kugelgelenke ausgebildet sein, so daß Seitenbewegungen der Seitenrahmen nicht auf die Radsätze übertragen werden. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, greift an jedem der beiden Enden des vertikalen zweiarmigen Hebels 4 4 einer der Lenker 48 an.

An jeder Seite des Laufwerks ist ein in Fahrzeuglängsrichtung wirkender Dämpfer 69 angebracht, der den Achsk.ujlon oi.m·:; Hcid:;,i I ·/(>:; tail der WvWrXv ^r>2 din JO WLoqon ivilimoii vorb I ndol und <||n '/n:;.'il ■/ I I du» Vi>rbi ιιΊ uii'j:-. einrichtung stellL sicher, daß die Dampf umjukrai L <j L':ic:h-

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mäßig auf beide Radsätze übertragen wird.

Die zusätzliche Verbindungseinrichtung 42 beeinträchtigt nicht die natürliche Fähigkeit der Radsätze zur Selbstlenkung, da jeder der Radsätze sich in einer Kurve immer noch radial zur Kurve einstellen kann.

Wie oben beschrieben wurde, werden durch die zusätzliche Verbindungüeinrichtung 42 die Längs- und Gierbewegungen des Laufwerkrahmens auf die Radsätze gekoppelt. Die in der Mittelkupplung 13 erzeugte Hemmung stellt sicher, daß die Kupplung der Gierbewegungen auch zu und von einem auf dem Laufwerk ruhenden Wagenkasten . übertragen wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4 sind ebenfalls zwei Saitenrahmen 10 und ein über einen Gummi-Sandwich abgestützter Querbalken 43 vorhanden, wobei die Radsätze 16 Achsen 20 und Räder 18 mit hoher effektiver Konizität haben. In diesem Fall sind die Seitenrahmen 10 so geformt, daß sie auf Sandwich-Elementen 28 aufliegen, die auf Lagergehäusen 70 ruhen. Jedes Gehäuses 7 0 ist einstückig mit einem Arm 71, der unter dem Seitenrahmen 10 hindurchführt. Die sich kreuzenden und diagonal verlaufenden Lenker 38 sind mit den Armen 71 gelenkig verbunden, um die erste Verbindunqseinrichtung zu bilden. In diesem Fall verbinden zwei in Längsrichtung wirkende Dämpfer 41 die beiden Arme 71 mit dem Querbalken 43.

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In diesem Fall ist ebenfalls eine zusätzliche Verbindungs· einrichtung mit einem Hebel 44 vorgesehen, der auf einer Stummelachse 46 gelagert ist und mit Lenkern 4 8 verbunden ist. Die Stummelachse ist in diesem Fall an dem Querbalken 43 befestigt. Die Lenker 48 sind ebenfalls mit Ansätzen 72 verbunden, die einstückig mit den Lagergehäusen 7 0 sind und Löcher aufweisen.

Die Längsachsen der Lenker 4 8 liegen im Betrieb in einer Linie, die die Rotationsachse der Achsschäfte 2 0 schneidet odor nahe an der RoLationsachse vorbeiführt..

In diesem Fall koppelt die Verbindungseinrichtung die Längs- und Gierbewegungen des Laufwerkrahmens ebenfalls mit den Radsätzen. Der Querbalken 43 trägt normalerweise eine Wiege 73 und diese wird mit dem Wagenkasten verbunden, um sicherzustellen, daß die Gierbewegungen ebenfalls zu und von dem Wagenkasten übertragen werden.

Leerseite

Claims

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1. /Eisenbahnwagen mit zwei Radsätzen, von denen jeder eine fest mit zwei Rädern verbundene Achse aufweist und die Räder mit sich verjüngenden laufflächen zur Erzeugung von Lenkkräften in Gleiskurven versehen sind, zwei Achskästen auf jedem Radsatz, federnden Auflagerelementen, welche beim Durchfahren einer Gleiskurve eine annähernd radiale Einstellung jedes Radsatzes zu der Gleiskurve zulassen, zur Abstützung des lasttragenden Teiles auf den Achskästen und mit einer im wesentlichen diagonal . zu dem Eisenbahnwagen verlaufenden und die Radsätze untereinander verbindenden Verbindungseinrichtung zur gegensinnigen Kopplung der Gier- und Seitenbewegungen der Radsätze zum Gegenwirken der Neigung der Radsätze zum Pendeln ohne die Fähigkeit der natürlichen Kurveneinstellcharakteristik der Radsätze zu beeinträchtigen, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Verbindungseinrichtung (44,48) vorgesehen ist,die auf jeder Seite und im Abstand von der Längsachse des Eisenbahnwagens ein Lenkerpaar (48) und einen Hebel (44) aufweist, daß der Hebel (44) an einer Stelle zwischen seinen Enden an dem lasttragenden Teil (52;43) gelagert und um eine mittig zwischen den Achsen (2 0) und parallel zu diesen verlaufende Achse (46) gelagert ist, daß auf derselben Seite des Eisenbahnwagens die beiden Enden des Hebels (4 4) gelenkig mit Lenkern (48) verbunden sind und daß jeder Lenker (48) mit seinem anderen Ende an einem separaten Achskasten angreift, wobei der Hebel frei von jeder anderen Verbindung mit dem lasttragenden Teil ist.

2. Eisenbahnwagen naah Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachsen der Hebel (44) in einer gemeinsamen Ebene mit den Drehachsen der beiden Achsen (2 0) liegen.

3. Eisenbahnwagen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenker (48) jeweils an einem Achszapfen (5 0) eines Achskastens angelenkt ist und daß die Achse des Achszapfens mit derjenigen der Achsen (2 0) des Radsatzes zusammenfällt.

4. Eisenbahnwagen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenker (48) derart mit den Achskästen verbunden sind, daß die von ihnen ausgeübten Kräfte durch die Drehachse einer Achse (20) hindurchgehen .

5. Eisenbahnfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite des Eisenbahnwagens zwischen einer Achse (2 0) und dem lasttragenden Teil (36;43) ein einzelner Dämpfer (41;69) angeordnet ist.