DE3324574C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schlingerdämpfungsanordnung für Drehgestell-Schienenfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Durch den Sinuslauf der starren Achsen im geraden Gleis und durch Unregelmäßigkeiten in der Gleisgeometrie werden oszillierende Drehbewegungen der Drehgestelle hervorgerufen, die als Schlingern bezeichnet werden. Um diese störenden Bewegungen zwischen Drehgestell und Kasten zu verkleinern, sind verschiedene Anordnungen bekannt. Durch die Eigenschaft, rasche Bewegungen stark und langsame wenig zu dämpfen, sind hydraulische Dämpfer, insbesondere solche, die aus Zylinder und Kolben bestehen, besonders geeignet. So können die raschen, kleinen Drehschwingungen aus dem Sinuslauf stark gedämpft werden, während die langsamen, großen Ausdrehbewegungen bei Kurvenfahrt praktisch unbeeinflußt bleiben.

Werden je seitlich horizontal in Längsrichtung solche Dämpfer zwischen Drehgestell und Kasten angebracht, so kann eine wirksame Schlingerdämpfung erzielt werden, wobei aber Längsbewegungen ebenfalls stark gedämpft werden, während alle übrigen Bewegungskomponenten nicht beeinflußt werden. Die verhinderte Längsbewegung wirkt sich jedoch bei schnellfahrenden Schienenfahrzeugen ungünstig auf das Laufverhalten aus.

Es wurde daher eine Verbesserung geschaffen, bei welcher durch eine Verbindungsachse mit Hebel die Dämpfungswirkung bezüglich der Längsschwingungen ebenfalls entkoppelt wird. Eine derartige Anordnung wird in der Deutschen Patentschrift 20 42 458 gezeigt, dort jedoch mit dem Nachteil, daß die Verbindungswelle einen Freiheitsgrad zuviel aufweist und dadurch in ihrer Drehlage unbestimmt ist. Durch unsymmetrisches Verhalten der beiden Dämpfer bei einer unvermeidlichen, kleinen Kraftdifferenz, oder durch einseitig äußere Störeinflüsse kann das System allmählich gegen eine ihrer beiden Endlagen laufen. Hierdurch wird die Entkopplung in Längsrichtung wiederum unwirksam, denn alle auftretenden Vibrationen werden ungedämpft vom Endanschlag der Verbindungswelle übernommen.

Eine weitere Ausführungsform für eine Schlingerdämpfungsanordnung mit mechanischer Entkoppelung der Dämpfungswirkung für alle Bewegungskomponenten, außer der Drehung um eine vertikale Achse besteht darin, anstelle von zwei außenliegenden hydraulischen Dämpfern nur auf einer Seite einen hydraulischen Dämpfer zu verwenden und auf der anderen Seite statt dessen die Verbindungswelle über einen Hebel und eine starre Verbindungsstange mit dem Wagenkasten zu verbinden. Ausgehend von der Voraussetzung, daß einerseits das Gesamtsystem für die Dämpfung der raschen, kleinen Drehschwingungen auf kleinste Auslenkwinkel des Drehgestells anzusprechen hat, und andererseits sämtliche Gelenkpunkte des Systems zweckmäßigerweise wartungsfrei auszuführen sind, kommt dem Verhalten der Gelenkpunkte im Hinblick auf elastische Verformung und allfällig auftretender Spiele größte Bedeutung zu. Hierbei hat es sich infolge der erforderlichen kleinen Ansprechwinkel des Systems als besser erwiesen, bei einer außenliegenden Anordnung mit nur einem hydraulischen Dämpfer und einer starren Verbindungsstange die Gelenkpunkte anstelle mit den an sich bekannten wartungsfreien Gummilagern mit den ebenfalls bekannten, jedoch verschleißbehafteten Stahl-Gelenklagern zu versehen.

Da bei dieser außenliegenden Anordnung ein einzelner Dämpfer einen derart langen Hub benötigen würde, bestünde eine weitere Ausführungsform darin, je einen hydraulischen Dämpfer und eine starre Verbindungsstange innenliegend, auf einer kleineren Basis über je einen Hebel an der Verbindungswelle anzuordnen. Diese Ausbildung der Schlingerdämpfungsanordnung genügt jedoch den Anforderungen bezüglich kleiner Ansprechwinkel vergleichsweise am wenigstens, so daß sich als die zweckmäßigste Ausführungsform einer Schlingerdämpfungsanordnung für Drehgestell-Schienenfahrzeuge die Verwendung von je einem außenliegenden hydraulischen Dämpfer, dessen Gelenkpunkte mit an sich bekannten wartungsfreien Gummilagern versehen sind, sowie einer ebenfalls an ihren Gelenkpunkten mit an sich bekannten wartungsfreien Gummilagern versehenen, starren Verbindungsstange als besonders vorteilhaft darstellt.

Es wäre auch denkbar, die hydraulischen Dämpfer anstelle mechanischer Bauteile mit hydraulischen Leitungen so zu verbinden, daß die gewünschte Entkoppelung erreicht wird. Im rauhen Bahnbetrieb sind jedoch solche, in der Regel hydraulikölführenden Leitungen dem Steinschlag großen Temperaturschwankungen und anderen äußeren Einflüssen ausgesetzt, die zu Betriebsstörungen Anlaß geben könnten. Zudem wäre es erforderlich, das hydraulische Leitungssystem andauernd absolut luftfrei zu halten, weil kleinste Lufteinschlüsse die Dämpfungswirkung stark vermindern würden.

Bei einzelnen, in sich geschlossenen hydraulischen Dämpfern kommen vorgenannte Faktoren weitaus weniger in Betracht, denn sie sind bezüglich dieser Einflüsse weitgehendst unempfindlich.

Die Aufgabe, die sich daher stellt, ist die Schaffung einer gattungsgemäßen Schlingerdämpfungsanordnung für Drehgestell-Schienenfahrzeuge, welche auf geradem Gleis korrekt und ohne nachteilige Nebenwirkungen die aus dem Schlingern herrührenden Drehschwingungen wirksam dämpft und bei Kurvenfahrt keine unerwünschte Drehhemmung erzeugt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anschließend anhand einer Zeichnung für ein zweiachsiges Drehgestell erläutert. Sinngemäß erheben die dargelegten Ausführungsformen jedoch auch den Anspruch der Verwendbarkeit bei drei- oder mehrachsigen Drehgestellen sowie bei Einachslaufwerken.

Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Ausschnittes aus einem Drehgestell eines Schienenfahrzeuges und eines mit diesem verbundenen Wagenkastens mit Schlingerdämpfern,

Fig. 2 eine perspektiv-schematische Darstellung des Ausschnittes nach Fig. 1 mit dessen Dämpfungsanordnung,

Fig. 3, 4, 5 Varianten von Dämpfungsanordnungen in der Darstellung gemäß Fig. 2.

Die Hauptachsen x, y, z sowie der Abstand a der Dämpfungsaggregate von z sind in den Fig. 1 und 5 dargestellt und gelten analog für die anderen Figuren.

Ein erstes Anwendungsbeispiel ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Ein Drehgestellrahmen 1 eines Drehgestell-Schienenfahrzeuges ist mit dem Fachmann bekannten Führungs-, Federungs- und Dämpfungsmitteln versehen. Diese stützen den Rahmen 1 einerseits auf nicht dargestellte Radsätze. Andererseits tragen und führen ebenfalls bekannte Mittel einen zugehörigen Wagenkasten 2. Der Drehgestellrahmen ist mit zwei Drehlagern 3 versehen, in welchen eine starre Verbindungsachse 4 gelagert ist. An dieser sind zwei äußere Hebel 5 und ein innerer Hebel 6 befestigt.

Die äußeren Hebel 5 sind über kugelgelenkartige Verbindungen 7 mit Kolbenstangen 8 zweier Dämpferaggregate 9 verbunden. Diese sind ihrerseits über analoge kugelgelenkartige Verbindungen 10 mit dem Wagenkasten 2 verbunden. Mit analogen Verbindungen 11 ist der innere Hebel 6 durch eine starre Verbindungsstange 12 mit dem Wagenkasten 2 verbunden.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, kann sich der Drehgestellrahmen 1 bezüglich des Wagenkastens 2, soweit dies der Bewegungsbereich der Drehlager 3 und der Verbindungen 7, 10 und 11 erlaubt, in allen drei Hauptrichtungen x, y, z frei verschieben und um die Quer- und die Längsachse y bzw. x des Drehgestellrahmens 1 frei drehen. Einzig die Drehung um die Hochachse z wird durch die Dämpfungsaggregate 9, insbesondere bei raschen Schwingungsbewegungen, wirksam gedämpft, wobei die Verbindungsachse 4 durch die Verbindungsstange 12 immer eindeutig positioniert wird. Um die Wirkung der Dämpfungsaggregate zu erhöhen und um im mittleren Bereich des Drehgestells Bauraum für andere Teile zu erhalten, werden die Dämpfungsaggregate möglichst weit vor der mittigen Drehachse des Wagenkastens angeordnet.

Da ein einzelner außenliegender Dämpfer bei dieser Anordnung einen derart langen Hub benötigen würde, werden zwei einander etwa gegenüberliegende Dämpfer verwendet. Um aber die Verbindungswelle zufolge ihres überzähligen Freiheitsgrades bei der unvermeidlichen kleinen Kraftdifferenz der beiden Dämpfer nicht dauernd gegen eine ihrer beiden Endstellungen anschlagen zu lassen, wodurch die Entkoppelung der Längsbewegung unwirksam würde, wird die Verbindungswelle über einen weiteren Hebel und die starre Verbindungsstange in ihrer Mittellage gehalten.

Die Fig. 2 dient vor allem dem besseren Verständnis der stark vereinfacht dargestellten weiteren Anwendungsbeispiele gemäß den Fig. 3, 4, 5, indem Varianten von Fig. 1 in der Schemadarstellung der folgenden Figuren erläutert werden.

Bei der Variante gemäß Fig. 3 weisen die Hebel 5 und 6 in der Mittelstellung der Achse 4 nach oben. Zudem sind die Dämpfungsaggregate 9 in verschiedenen Richtungen, d. h. vor und hinter der Achse 4, angeordnet.

Bei der Variante gemäß Fig. 4 ist der innere Hebel 6 nur virtuell vorhanden, denn die Drehlager 3 befinden sich außen an den äußeren Hebeln 5. Eine weitere Variante zeigt Fig. 5. Hier sind die Verbindungsachse 4 parallel und die Dämpfungsaggregate 9 quer zur Fahrtrichtung x angebracht. Die Drehlager 3 sind am Wagenkasten 2 befestigt.

Es sind noch eine Reihe weiterer Varianten und Kombinationen möglich, die alle auf dem Erfindungsgedanken beruhen. Insbesondere können die Verbindungsachsen-Drehlager 3 innerhalb oder außerhalb der äußeren Hebel 5 sowie am Drehgestellrahmen 1 oder am Wagenkasten 2 angeordnet sein. Die äußeren und die inneren Hebel 5 bzw. 6 können sich nach oben oder nach unten erstrecken. Die Dämpfungsaggregate 9 und die Verbindungsstange 12 können bezüglich der Verbindungsachse 4 in gleicher oder in unterschiedlicher Richtung liegen. Schließlich kann die ganze Anordnung so vorgesehen werden, daß die Verbindungsachse 4 quer, längs oder diagonal zur Fahrtrichtung x liegt.

Diese auf ein und demselben Erfindungsgedanken beruhenden Variationsmöglichkeiten ergeben eine hervorragende Anpassungsfähigkeit an die verschiedensten Fahrzeugkonstruktionen. Die Dämpfungsaggregate können, bei seitlicher Anordnung, weit außen angeordnet werden, was eine gute Dämpfungswirkung und Zugänglichkeit bringt und auch gestattet, gleitreibungs- und wartungsfreie Elastomer-Lager und -Gelenkverbindungen zu verwenden, ohne daß sich dabei die radiale Nachgiebigkeit nachteilig auswirkt.

Der Vorteil der beschriebenen Erfindung besteht darin, daß die Verbindungsachse über einen Hebel und eine starre Verbindungsstange in ihrer Mittellage positioniert ist und ein Anlaufen gegen einer der Endlagen nicht möglich ist. Diese eindeutige Positionierung wirkt sich gleichermaßen darin aus, daß auch die angeordneten hydraulischen Dämpfer bezüglich ihrem in beiden Richtungen benötigten Arbeitshub eine gemeinsame, definierte Mittelstellung aufweisen.

Claims (5)

1. Schlingerdämpfungsanordnung für Drehgestell-Schienenfahrzeuge mit hydraulischer Schwingungsdämpfung und mechanischer Entkoppelung der Dämpfungswirkung für alle Bewegungskomponenten außer der Drehung um eine vertikale Achse (z), wobei zwischen dem Wagenkasten (2) als dem einen Anschluß-System und dem Drehgestellrahmen (1) als dem anderen Anschluß-System, mit von einer vertikalen Drehachse (z) als Hebelarm wirkendem Abstand (a), zwei etwa horizontale, bezüglich der Drehachse (z) Dämpfungsmomente erzeugende Dämpfer (Aggregat 9) angeordnet sind und deren Anschlüsse (Verbindung 7 und 10) gelenkig einerends mit einem an dem einen Anschluß-System festen Element und andernends gelenkig über Schwenkhebel (5) und eine für diese Dämpfer (Aggregat 9) gemeinsame drehbar (Lager 3) gelagerte Achse (4) an dem anderen Anschluß-System befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Dämpfern (Aggregat 9) eine etwa parallel zu diesen wirkende, beiderends gelenkig (11) mit einem der beiden Systeme (1 bzw. 2) verbundene starre Verbindungsstange (12) angeordnet ist, wobei die Verbindung mit dem einen System über einen Hebel (6) und die Achse (4) erfolgt.

2. Schlingerdämpfungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfer (Aggregat 9) und die Verbindungsstange (12) in der Fahrtrichtung (x) und die Verbindungsachse (4) quer dazu angeordnet sind (Fig. 2).

3. Schlingerdämpfungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel (5 und 6) an der Verbindungsachse (4) in ihrer Mittellage vertikal nach unten gerichtet sind.

4. Schlingerdämpfungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Gelenkverbindungen und Lager elastisch verformbar und daher gleitreibungsfrei ausgeführt sind.

5. Schlingerdämpfungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der Gelenkverbindungen kugelgelenkförmig oder um eine einzige Achse drehbar ausgebildet sind.