DE4010824A1 - Achslenker fuer die fuehrung von eisenbahnachsen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Achslenker mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Achslenker, auch Lemniskaten- oder Alsthom-Lenker genannt, sind weit verbreitete Bauelemente für die Führung von Eisenbahnachsen, vorzugsweise von Lokomotivachsen. Die Lenker sind einerseits am entsprechenden Achslager und andererseits am Drehgestell oder direkt am Eisenbahn- bzw. Lokomotivrahmen mit Hilfe der jeweiligen Lenkerbolzen befestigt. Es ist bekannt, bei derartigen Lenkern Federungselemente zwischen den Lenkerbolzen und den Lenkeraugen anzuordnen. Hierbei kommen vorwiegend Gummibuchsen, die zwischen dem Lenkerbolzen und dem Lenkerauge angeordnet sind, und Scheibenfedern, die axial zwischen den Lenkerbolzen und den Lenkeraugen angeordnet sind, zum Einsatz. Beide Arten von Federungselementen liefern gemeinsam die gewünschte Federungscharakteristik, d. h. die Gummibuchse (auch Silentblock genannt) ist relativ hart bei radialer Belastung, d. h. liefert ein hohes C_x für die Achse, was für die Übertragung hoher Zugkräfte gefordert werden muß, während sie in axialer, d. h. in x-Richtung, relativ weich ist, so daß hierfür die erwähnten Scheibenfedern eingesetzt werden müssen, da die Gummibuchsen allein für die Querführung der Achse zu weich sind. Auch ist die Torsionssteifigkeit der Gummibuchse gering, so daß die Einfederung der Achse fast wie in einem Gleitlager aufgenommen werden kann.

Die Scheibenfedern sind wiederum in bezug auf Torsion und Scherung weich, so daß beide Federungselemente näherungsweise als unabhängig voneinander wirkend angesehen werden können. Demnach wird c_x der Achse durch die Gummibuchse und c_y der Achse durch die Scheibenfeder festgelegt.

Moderne Hochgeschwindigkeitslaufwerke erfordern in besonderen Fällen eine besonders geringe Steifigkeit in Fahrtrichtung, d. h. niedrigere c_x-Werte. Als Lösung hat man bereits eine Reduzierung des Gummivolumens vorgeschlagen, d. h. man hat beispielsweise nur noch die halbe Buchse mit Gummi ausgefüllt. Damit wird den Anforderungen bei hohen Geschwindigkeiten Rechnung getragen. Da jedoch die hohen Kräfte bei der Anfahrt die geringeren Gummiflächen überlasten und zerstören würden, hat man zusätzlich harte Kunststoffbuchsen eingebaut, die den Federweg der Gummibuchse begrenzen. Eine solche Teilbestückung mit Gummi läßt eine Reduzierung der Steifigkeit bis zum Faktor von 0,5 bis 0,4 zu. Werden jedoch noch geringere Steifigkeiten im Bereich von 10% des Ursprungswertes der voll mit Gummi bestückten Buchse gefordert, so scheidet diese Lösung aus. Eine weichere Charakteristik läßt sich nur mit größeren Gummivolumina erreichen, für die oft der Bauraum nicht vorhanden ist.

Ein Nachteil von derartigen Gummifedern besteht ferner darin, daß deren Qualität und Zusammensetzung herstellungsbedingt relativ stark streuen. Insofern ist auch die Einhaltung bzw. Reproduzierbarkeit der geforderten Kennlinien schwierig bzw. unmöglich. Streubereiche von 30% des Sollwertes gelten als normal. Wegen dieser Erscheinung gibt es kein eindeutiges Gut-Schlecht-Kriterium bei Revisionsarbeiten, sondern man ist auf den visuellen Eindruck angewiesen, was einen hohen Wissensstand beim Personal voraussetzt.

Ein weiterer Nachteil ist in der Alterung der Gummielemente zu sehen. Diese unvermeidliche Alterung ist in ihrem Zeitverlauf stark abhängig von der Betriebstemperatur und von der Beanspruchungsstärke. Große Verformungen, die in relativ hohen Frequenzen aufgebracht werden, führen an Lenkern zu Betriebstemperaturen von 60-70°C bei 20°C Umgebungstemperatur. Ist es im Einsatzgebiet jedoch 30-40°C warm, treten Betriebstemperaturen von 90°C auf, die die Gummilenker relativ schnell altern lassen, so daß sie teilweise schon nach einem Viertel der Laufleistung, die in anderen Einsatzgebieten üblich ist, versagen. Derartige Frühausfälle, insbesondere vor der Revisionsfrist, sind betriebsgefährdend und wegen der Schwierigkeit des Ein- und Ausbaues äußerst betriebsstörend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Achslenker der angegebenen Art zu schaffen, der bei einer hohen Dauerfestigkeit und Alterungsbeständigkeit eine gute Reproduzierbarkeit der geforderten Kennlinie ermöglicht und dessen Steifigkeiten c_x und c_y in einem weiten Bereich variierbar sind. Der Achslenker soll ferner eine einfache Überprüfung auf Weiterverwendbarkeit bei Revisionen ermöglichen.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Verbindungsabschnitt ein Federelement ist.

Während somit beim Stand der Technik die Federungseigenschaften des Achslenkers durch die erwähnten, zwischen Lenkerbolzen und Lenkerauge angeordneten Federungselemente erreicht werden, während beide Lenkeraugen starr miteinander verbunden sind, wendet sich die Erfindung von diesem Prinzip ab und schlägt statt einer starren Verbindung zwischen den beiden Lenkeraugen eine Verbindung derselben über ein Federelement vor. Die Federungscharakteristik des Lenkers wird somit entweder allein oder in Verbindung mit den vorstehend erwähnten herkömmlichen Federungselementen durch den als Federelement ausgebildeten Verbindungsabschnitt zwischen den beiden Lenkeraugen erreicht.

Mit einem derartigen Federelement läßt sich die vorstehend aufgeführte Aufgabe lösen. Das Federelement besitzt im Vergleich zu entsprechenden Gummibuchsen eine hohe Dauerfestigkeit und Alterungsbeständigkeit. Darüber hinaus kann es in einfacher Weise auf eine Weiterverwendbarkeit bei Revisionen überprüft werden, da es sichtbar ist. Durch Variation der Stärke, Länge, Höhe und Breite können die gewünschte Kennlinie bzw. die gewünschten Steifigkeiten c_x und c_y festgelegt werden.

Zusätzlicher Einbauraum wird für das Federelement nicht benötigt, da dieses vorzugsweise die Entfernung der beiden Lenkeraugen voneinander unverändert läßt.

Das Federelement ist vorzugsweise streifenförmig ausgebildet, wobei die Streifenhauptebene insbesondere parallel zur Lenkerbolzenachse verläuft. Bei dieser Ausführungsform kann ein veränderlicher Breitenverlauf (parallel zur Bolzenachse) von Vorteil sein. Die Wahl der entsprechenden Dimensionen des Streifens ist nach den jeweils geforderten Steifigkeiten zu treffen.

Es versteht sich, daß das Federelement verdrehfest an den beiden Lenkeraugen befestigt ist. Als besonders bevorzugte Art der Befestigung wird vorgeschlagen, daß mindestens ein Lenkerauge eine ebene Fläche aufweist, an der ein Abschnitt des Federelementes in flächiger Anlage befestigt ist. Zweckmäßigerweise weise beide Lenkeraugen derartige ebene Flächen auf, wodurch das Federelement an beiden Lenkeraugen fest anliegt, wodurch die Verdrehfestigkeit der Verbindung zwischen Federelement und Auge verbessert wird. Um die gewünschte Federungscharakteristik zu erreichen, sollte das Federelement mindestens einen Abschnitt aufweisen, der senkrecht zur Zug- bzw. Druckrichtung (auf das Fahrgestell bezogen) verläuft. Das Federelement ist daher zweckmäßigerweise entweder etwa Z-förmig oder U-förmig ausgebildet, wobei weitere quer zur Druck- bzw. Zugrichtung verlaufende Abschnitte zu einer Mäanderform führen. Als besonders bevorzugt haben sich Ausführungsformen erwiesen, bei denen die Lenkeraugen im oberen oder unteren Bereich die vorstehend erwähnte ebene Anlagefläche aufweisen und das Federelement in Z- oder U-Form mit seinen beiden Endabschnitten an diesen ebenen Flächen der Augen zur Anlage kommt. Bei der Z-Form liegt das Federelement an einem Auge oben und am anderen Auge unten an, während bei der U-Form beispielsweise beide Endabschnitte oben an den Augen anliegen. Bei der letztgenannten Ausführungsform verlaufen zwei Abschnitte quer zur Druck- bzw. Zugrichtung. Bei der erwähnten Mäanderform können die Anlageflächen beide oben oder unten oder eine oben und eine unten angeordnet sein. Bei einer weiteren Variante (U-Form) sind die ebenen Anlageflächen der beiden Augen vertikal, d. h. senkrecht zur Zug- bzw. Druckrichtung, angeordnet. Hierbei kommen beide Schenkel der U-förmigen Feder mit diesen Vertikalflächen zur Anlage. Es sind auch Ausführungsformen möglich, bei denen ein Endabschnitt der Feder horizontal an einem Auge und der andere Endabschnitt vertikal am anderen Auge befestigt ist. Die am besten geeignete Ausführungsform ist je nach der gewünschten Federungscharakteristik für den speziellen Anwendungsfall auszuwählen.

Wie vorstehend bereits erwähnt, kann das erfindungsgemäß vorgesehene Federelement in Verbindung mit den eingangs erwähnten herkömmlichen Gummibuchsen und/oder Tellerfedern eingesetzt werden. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung entfallen diese herkömmlichen Elemente, und die gesamte Dämpfungs- bzw. Federungscharakteristik wird von dem erfindungsgemäß vorgesehenen federnden Verbindungsabschnitt bewirkt. Hierbei sind die Lenkeraugen zweckmäßigerweise starr mit den Lenkerbolzen verbunden, d. h. auch bei Torsionsbelastung findet keine Relativdrehung zwischen Lenkerauge und Lenkerbolzen statt. Hierbei sind daher insgesamt die Lenkeraugen starr am jeweiligen Achslager bzw. Drehgestellrahmen oder Lokomotivrahmen befestigt.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Lenkeraugen relativ zu den entsprechenden Lenkerbolzen bzw. zum Achslager einerseits und zum Drehgestellrahmen bzw. Lokrahmen andererseits drehbar angeordnet sind. Auch bei dieser Ausführungsform kommen daher keine Elemente des Standes der Technik (Gummibuchsen, Tellerfedern) zur Anwendung. Bei dieser Ausführungsform wirken daher Lenkerbolzen und Lenkeraugen etwa als Gleitlager. Hierbei ist es möglich, die Ebene des Federelementes um 90° zu drehen (die Hauptebene erstreckt sich dann senkrecht zur Lenkerbolzenachse), um eine extrem niedrige Quersteifigkeit c_y zu erzielen. Erfordern beispielsweise hohe Anfahrtzugkräfte eine Begrenzung des Federweges, so sind erfindungsgemäß entsprechende Anschläge vorgesehen. Diese Anschläge lassen nur einen genau definierten Federweg zu. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Lenkeraugen mit derartigen Anschlägen versehen, die den Federweg in Druck- und/oder Zugrichtung begrenzen. Derartige Anschläge lassen sich in geeigneter Form als Reibungsdämpfer benutzen.

Je nach den vorstehend beschriebenen verschiedenartigen Ausführungsformen entspricht daher das erfindungsgemäß vorgesehene Federelement einer verbogenen Blattfeder, die entweder anstelle der herkömmlich eingesetzten Federungselemente bei derartigen Achslenkern oder zusätzlich zu diesen herkömmlich verwendeten Federungselementen die gewünschte Federkennlinie bzw. Dämpfungscharakteristik liefert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1a und 1b eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, und eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, von Achslenkern im Einbauzustand zwischen dem Achslager und dem Drehgestellrahmen einer Lokomotive;

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen der in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen Achslenker, teilweise im Schnitt;

Fig. 3 einen erfindungsgemäß ausgebildeten Achslenker in der Seitenansicht (teilweise im Schnitt);

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Achslenker der Fig. 3, teilweise im Schnitt;

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Achslenkers in der Draufsicht;

Fig. 6 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Achslenkers;

Fig. 7 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Achslenkers;

Fig. 8 den Achslenker der Fig. 3, der zusätzlich mit Anschlägen zur Begrenzung des Federweges versehen ist; und

Fig. 9 einen Schnitt entlang Linie C-C in Fig. 8.

In den Fig. 1a und 1b sind jeweils zwei herkömmlich ausgebildete Achslenker 1 in der Seitenansicht, im Schnitt und in der Draufsicht in ihrem Einbauzustand dargestellt. Die Achslenker bestehen jeweils aus zwei Lenkeraugen, die Lenkerbolzen umgeben, und einem starren Verbindungsabschnitt, der die beiden Lenkeraugen miteinander verbindet. Die entsprechenden Lenkerbolzen sind einerseits am Achslager und andererseits am Drehgestellrahmen einer Lokomotive befestigt. Je nach Belastung führen Lenkerbolzen und Lenkerauge Relativbewegungen zueinander in Radialrichtung, Querrichtung und in Drehrichtung aus. Zur Dämpfung dieser Bewegungen sind geeignete Federungselemente am Achslenker vorgesehen, die in der herkömmlichen Ausführungsform in Fig. 2 gezeigt sind.

In der linken und rechten Hälfte der Fig. 2 sind unterschiedliche Ausführungsformen von derartigen herkömmlichen Federungselementen dargestellt. Im rechten Teil sind zwischen dem Achslenkerbolzen 5 und dem Achslenkerauge 4 zwei Gummibuchsen 7 angeordnet, von denen die innere Buchse in Axialrichtung in zwei Buchsenhälften unterteilt ist. Diese Buchsen, die auch als Silentblock bezeichnet werden, bestimmen das c_x der Achse, während das c_y der Achse durch mehrere Scheibenfedern 8 bestimmt wird, welche den Lenkerbolzen umgreifend an beiden axialen Enden des Lenkerauges 3 angeordnet sind.

Um eine besonders geringe Steifigkeit in Fahrtrichtung, d. h. niedrige c_x-Werte, zu erzielen, ist bei der in Fig. 2 links dargestellte Ausführungsform das Gummivolumen der Gummibuchsen reduziert. Hierbei ist nur noch die halbe Buchse 7 mit Gummi ausgefüllt. Zusätzlich sind harte Kunststoffbuchsen 9 eingebaut, die den Federweg der Gummibuchsen begrenzen, damit diese bei der Anfahrt nicht überlastet und zerstört werden. Auch diese Ausführungsform weist wiederum Scheibenfedern 8 auf.

Die in den nachfolgenden Fig. 3 bis 9 dargestellte erfindungsgemäße Lösung kann mit oder ohne diese herkömmlichen Federungselemente Verwendung finden, wobei im zuerst genannten Fall eine Entlastung derselben erzielt wird.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung in der Seitenansicht und in der Draufsicht. Bei dieser Ausführungsform, die im übrigen die gleiche Einbaulänge wie der vorstehend beschriebene bekannte Achslenker besitzt, ist der starre Verbindungsabschnitt 2 des Achslenkers durch ein Federelement 10 ersetzt, das entweder mit oder ohne herkömmliche Federungselemente die gewünschte Federungs- bzw. Dämpfungscharakteristik des Achslenkers zur Verfügung stellt. Bei der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform ist das Federelement 10 in der Seitenansicht etwa Z-förmig ausgebildet und besitzt zwei horizontal angeordnete Endabschnitte 13 sowie einen diese verbindenden vertikalen Federabschnitt 14. Die horizontalen Endabschnitte 13 liegen an ebenen Flächen 11 der beiden Lenkeraugen an und sind an diesen drehfest mittels Paßschrauben 12 befestigt. Eine Befestigung mit Hilfe einer Kerbverzahnung ist ebenfalls zweckmäßig.

Bei dem Federelement 10 handelt es sich um einen Metallstreifen mit entsprechenden Federeigenschaften etwa in der Form einer gebogenen Blattfeder. Durch Variation der drei Dimensionen b (Breite), d (Stärke) und h (halbe Höhe) kann die gewünschte Federungscharakteristik bzw. Dämpfungscharakteristik eingestellt werden. Bei der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform ist das Federelement 10 mit jeweils vier Paßschrauben 12 an der Oberseite des linken Lenkerauges und an der Unterseite des rechten Lenkerauges befestigt. Wie Fig. 4 zeigt, kommt dieses Federelement zusätzlich mit zwei Gummibuchsen 7 und Tellerfedern 8 der bekannten Ausführungsform gemäß Fig. 2 zum Einsatz.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Federelement 10 eine veränderliche Breite besitzt, d. h. sich vom linken Lenkerauge bis zum rechten Lenkerauge erweitert. Eine solche Ausführungsform kann aus Steifigkeitsgründen oder aus Gründen eines beschränkten Einbauraumes zur Anwendung gelangen.

Fig. 6 zeigt zwei Ausführungsformen A und B eines Federelementes 10. Bei der rechts dargestellten Ausführungsform B ist das Federelement 10 U-förmig ausgebildet und besitzt zwei Endabschnitte 13, die jeweils an einer vertikalen ebenen Fläche 11 eines entsprechenden Lenkerauges 3 festgelegt sind. Bei der in Fig. 6 links dargestellten Ausführungsform A erfolgt die Festlegung des jeweiligen Endabschnittes 13 an einer horizontalen ebenen Fläche 11 des jeweiligen Lenkerauges 3. Dieser horizontal angeordnete Endabschnitt 13 geht dann in einen vertikalen Schenkel 14 über, der wiederum in einen horizontalen Schenkel übergeht. Die Festlegung an den beiden Augen kann auf der gleichen Seite oder an unterschiedlichen Seiten erfolgen. Mischformen dieser beiden Ausführungsformen sind ebenfalls möglich.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform eines Federelementes 10, die insgesamt drei vertikale Schenkel 14 besitzt. Zwischen den beiden Augen 3 ist das Federelement daher "mäanderförmig" ausgebildet. Die Festlegung an den Augen erfolgt links oben und rechts unten.

Die Fig. 8 und 9 zeigen eine Ausführungsform, bei der der Federweg durch Anschläge 20, 20a begrenzt wird. Die Seitenansicht der Fig. 8 zeigt, daß diese Anschläge 20, 20a seitlich von den jeweiligen Augen 3 nach innen vorstehen und den vertikalen Schenkel des Federelementes 10 in seiner Auslenkung begrenzen. Fig. 9 zeigt einen Schnitt entlang Linie C-C in Fig. 8. Man erkennt, daß die Anschläge so gestaltet sind, daß sie nicht nur eine Begrenzung in Druckrichtung, sondern auch in Zugrichtung bilden. Dies wird dadurch erreicht, daß der in der Figur linke Anschlag 20 zwei seitlich vorstehende Flansche besitzt, die mit nach innen vorstehenden Flanschen von zwei Armen 21 zusammenwirken. Hierdurch läßt sich der Anschlag 20 in Zugrichtung nur um eine begrenzte Strecke nach links bewegen.

Claims (16)

1. Achslenker für die Führung von Eisenbahnachsen, insbesondere Lokomotivachsen, mit einem ersten Lenkerbolzen zur Befestigung am Achslager, einem diesen umgebenden ersten Lenkerauge, einem zweiten Lenkerbolzen zur Befestigung am Drehgestell oder am Eisenbahn- bzw. Lokomotivrahmen, einem diesen umgebenden zweiten Lenkerauge und einem Verbindungsabschnitt zwischen beiden Augen, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsabschnitt ein Federelement (10) ist.

2. Achslenker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (10) streifenförmig ausgebildet ist.

3. Achslenker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifenhauptebene parallel zur Lenkerbolzenachse verläuft.

4. Achslenker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (10) verdrehfest an den beiden Lenkeraugen (3) befestigt ist.

5. Achslenker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Lenkerauge (3) eine ebene Fläche (11) aufweist, an der ein Abschnitt (13) des Federelementes (10) in flächiger Anlage befestigt ist.

6. Achslenker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (10) etwa Z- förmig ausgebildet ist.

7. Achslenker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (10) U-förmig ausgebildet ist.

8. Achslenker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (10) mäanderförmig ausgebildet ist.

9. Achslenker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (10) eine unterschiedliche Breite (b) besitzt.

10. Achslenker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Lenkerbolzen (5) und Lenkerauge (3) mindestens eine Gummibuchse (7) angeordnet ist.

11. Achslenker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Lenkerbolzen (5) und Lenkerauge (3) mindestens eine in Axialrichtung wirkende Scheibenfeder (8) angeordnet ist.

12. Achslenker nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkeraugen (3) starr mit den Lenkerbolzen (5) verbunden sind.

13. Achslenker nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkeraugen (3) ohne zwischengelagerte Federteile drehbar mit den Lenkerbolzen (5) verbunden sind.

14. Achslenker nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptebene des Federstreifens senkrecht zur Lenkerbolzenachse verläuft.

15. Achslenker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Federweg des Federelementes (10) durch Anschläge (20, 20a) begrenzt ist.

16. Achslenker nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkeraugen (3) mit Anschlägen (20, 20a) versehen sind, die den Federweg des Federelementes in Druck- und/oder Zugrichtung begrenzen.