DE4141463C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Radsatzführung, insbesondere für Schienenfahrzeuge mit Drehgestellen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bekannt sind eine Reihe von Lösungen, Drehgestelle im Interesse einer optimalen Abstimmung zwischen ihren Laufeigenschaften sowie dem zwischen Rad und Schiene auftretenden Verschleiß mit einer elastischen Führung der Radsätze auszustatten, indem mittels elastischer Elemente eine weiche Ankopplung der Radsätze am Drehgestell sowie eine radiale Einstellbarkeit der Radsätze in Gleisbögen bewirkt wird. Das mit diesen elastischen Elementen realisierte Vermögen zur Kraftübertragung und deren in den verschiedenen Beanspruchungsrichtungen unterschiedlichen Steifigkeiten werden durch ihre konstruktive Formgebung und Materialauswahl bestimmt.

Die DE 37 23 833 A1 schlägt zur Längs- und Queranlenkung radial steuerbarer Radsätze eine Lösung vor, bei der jede Achslagerstelle, auf der sich der Drehgestellrahmen über Primärfedern vertikal abstützt, über einen biegesteifen Achslenker um eine horizontale Achse schwingbar elastisch mit dem Drehgestellrahmen verbunden ist, beidseits des Achslenkers und koaxial auf der genannten horizontalen Achse angeordnete ringförmige elastische Scheiben angebracht sind, die mittels axial konzentrisch ineinandergleitender Lagerteller, einer Dehnschraube und selbstzentrierender Distanzringe in Drehgestellquerrichtung auf Druck vorgespannt sind, wobei die beiden äußeren axialen Enden der Lagertelleranordnung mittels Schellen von unten am Drehgestellrahmen kraftschlüssig angeklemmt sind.

Mit dieser Lösung können sich Radsätze im Drehgestell radial einstellen, wobei die Führung bei Längs- und bei Querauslenkung des Radsatzes mit unterschiedlichen und begrenzt einstellbaren Steifigkeiten erfolgt. Der um die quer liegende horizontale Achse schwingbar mit dem Drehgestellrahmen verbundene Achslenker kann jedoch in der dargestellten Anordnung keine aus einer Vertikalauslenkung des Radsatzes resultierenden Kräfte übertragen, so daß die auf den Achslagerstellen angeordneten Primärfedern und die darauf abgestützten Drehgestellängsträger für die volle vertikale Belastung ausgelegt sein müssen, was einer wünschenswerten Reduzierung der Drehgestellmasse entgegenwirkt. Bei der im Schienenfahrzeugbau üblichen nachgiebigen Radsatzlagerung (z. B. mittels Pendelrollenlagern) hat eine Querauslenkung des Radsatzes aber zur Folge, daß der zwar biegesteife, aber zur Radsatzachse nicht winkelsteife Achslenker in der horizontalen Ebene schwenkt und das elastische Element aus ringförmigen elastischen Scheiben in sich um eine senkrechte Achse zu verdrehen sucht. Sind die elastischen Scheiben quer nicht vorgespannt, entstehen (auf ihre Ringfläche bezogen) örtlich stark unterschiedliche Druck- oder Zug-Belastungen, wobei Zugspannungen die elastischen Scheiben zu zerstören drohen; eine quer aufgebrachte Vorspannung der Scheiben schränkt die Federwirkung ein, kann Überlastung durch örtliche Druckspannungsspitzen zur Folge haben oder erzwingt Überdimensionierung der Bauteile mit befriedigender Bauteilausnutzung und schafft Platzprobleme. Die dargestellte Lösung erlaubt die begrenzte Variierung der Steifigkeit der elastischen Scheiben, sieht aber keine Möglichkeit vor, die axiale Position des Radsatzes innerhalb des Drehgestells ein- oder nachzustellen, so daß für die Einhaltung der Maßtoleranzen der Radsätze im Drehgestell ein höherer technologischer Fertigungsaufwand erbracht werden muß.

In der AT-PS 2 94 907 wird vorgeschlagen, zu beiden Seiten jedes Radsatzlagers dachförmige Gummi-Metall-Verbundelemente, deren Firstlinie waagerecht in Längsrichtung verläuft und die durch diese Form und Anordnung unterschiedliche Steifigkeiten in Längs- und Querrichtung realisieren, zur elastischen Verbindung zwischen Radsatzlager und Drehgestellrahmen anzuordnen. Diese beidseitig jedes Radsatzlagers gelegene Anordnung hat eine hohe unabgefederte Masse des kompletten Radsatzes, größere Abmessungen und Maße des Drehgestells zur Folge.

In der "Schweizer Eisenbahn-Revue" Nr. 10/1991, S. 340, wird beschrieben, Radsätze mittels beidseitig jedes Radsatzlagers angeordneter, in Längs- und Querrichtung unterschiedliche Steifigkeiten aufweisende elastischer Gummi-Metall- Verbundelemente, die jeweils im Inneren einer die Primärfederung übernehmenden Spiralfeder untergebracht sind, im Drehgestell zu führen. Diese beidseitig jedes Radsatzlagers gelegene Anordnung hat ebenfalls eine höhere unabgefederte Radsatzmasse, größere Abmessungen und Maße des Drehgestells zur Folge. Der für die elastischen Elemente zur Verfügung stehende Platz beschränkt ihre konstruktive Dimensionierung und ihren Verformungsspielraum, so daß unter Wirkung hoher Zug- und Bremskräfte die Längselastizität der Radsatzlagerführung und damit die radiale Steuerbarkeit der Radsätze verloren geht. Aus gleichem Grund bestehen nur sehr eingeschränkte Möglichkeiten zur Nachstellung der Federeigenschaften der Verbundelemente im Betrieb zwecks Optimierung des Fahrverhaltens.

Gegenstand der DE 38 41 153 A1 ist eine Radsatzlagerführung durch ein radial um jedes Radsatzlagergehäuse herum angeordnetes Gummi-Metall- Schalensegment, das durch die zweckmäßige Anordnung von Gummi- und Metallschichten sowie unterschiedlichen Ausnehmungen innerhalb der Gummi- Lage definierte Steifigkeiten in allen Beanspruchungsrichtungen verleiht und in diesem Bauteil sowohl die geforderte Primärfederung als auch die erforderliche Längselastizität realisiert. Damit wird für einige Anwendungsfälle bei Schienenfahrzeugen eine deutliche Verringerung der unabgefederten Radsatzmasse und eine Reduzierung der Abmessungen und der Masse des Drehgestells erreicht; auf Grund des im Radsatzlagerbereichs zur Verfügung stehenden beschränkten Platzes und der damit in den elastischen Elementen mit den verfügbaren Werkstoffen erreichbaren Verformungsgrade und Federsteifigkeiten ist eine breite Anwendung nicht möglich.

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine gattungsgemäße Radsatzführung in einem Drehgestell zu entwickeln, die die beschriebenen Nachteile der genannten Lösungen vermeidet und bei unterschiedlichen Schienenfahrzeugen einsetzbar ist, wobei optimales Fahrverhalten und reduzierter Verschleiß angestrebt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannte Merkmalskombination gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung der Anordnung des elastischen Führungslagers zu Radsatz und Drehgestell,

Fig. 2 bis 7 Schnittdarstellungen verschiedener Ausführungsformen von elastischen Führungslagern mit unterschiedlichen Elastomer-Metall-Verbundelementen.

In dem in Fig. 1 an einem Ausschnitt eines Drehgestells 1 mit Radsatz 4 dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich ein Lenkerarm 6 des Radsatzlagergehäuses 5 in Längsrichtung und annähernd waagerecht unterhalb eines Drehgestellängsträgers 2 in Richtung auf eine unterhalb des Drehgestellängsträgers 2 mit ihm starr verbundene Konsole 3. Wie in Fig. 2 dargestellt, umfaßt die Konsole 3 von zwei Seiten den Lenkerarm 6 des Radsatzlagergehäuses 5. Zwischen Konsole 3 und Lenkerarm 6 sind mittels Spannbolzen 12A, Spannhülse 13, geschlitzten Spanndeckeln 14A, 14B und Spannmutter 15A zwei gleichartige hülsenförmige Gummi-Metall-Verbundelemente 8A angeordnet, wobei eine Gummischicht 9 eine (in diesem Ausführungsbeispiel hülsenförmige und seitlich mit aufgewölbtem Bund versehene) Metallschicht 10 umkleidet und mit ihr zusammenvulkanisiert ist. Die diese Verbundelemente 8A tragenden Bauteile des elastischen Führungslagers 7 sind dabei fest mit der Konsole 3 verspannt, so daß eine Relativbewegung zwischen ihnen unmöglich und Verschleiß verhindert ist.

In Fig. 3 sind im Querschnitt der Fig. 2 gestalteten Verbundelemente 8A die Ausnehmungen der Gummischicht 9 erkennbar, die für eine hohe Nachgiebigkeit des elastischen Führungslagers 7 in Längsrichtung verantwortlich sind. Auf den Radsatz 4 wirkende Querkräfte werden von den winkelsteif mit der Radsatzachse verbundenen Radsatzlagergehäusen 5 über die seitlichen Bunde der Verbundelemente 8A elastisch auf die Konsole 3 des Drehgestellängsträgers 2 übertragen. Vertikalkräfte für die Primärfederung werden über die in Vertikalrichtung stärker ausgelegte Gummischicht 9 der Verbundelemente 8A, über die um die querliegende Verbindungsachse zwischen Lenkerarm 6 des Radsatzlagergehäuses 5 und Konsole 3 erfolgende axiale Verdrehung des Verbundelements 8A und eine als Gummi-Metall-Schichtenfeder ausgeführte, ausschließlich Vertikalkräfte aufnehmende, allen Längs- oder Querkräften gegenüber nachgebende Zusatzfeder 19 übertragen.

Durch Distanzringe 16A, 16B ist die Federsteifigkeit insbesondere in Längs- und Querrichtung wie auch die Position des Radsatzes 4 innerhalb des Drehgestells 1 in bestimmten Grenzen veränderbar. Zusätzlich ist durch eine axiale Vorverdrehung der Verbundelemente 8A der Anteil, den das elastische Führungslager 7 an der Primärfederung übernimmt, variierbar.

Zum Schutz der Gummi-Metall-Verbundelemente 8A und zur Begrenzung der Längsauslenkung des Radsatzlagergehäuses 5 bei außergewöhnlicher Belastung dient ein Stützring 18, über den sich das Radsatzlagergehäuse 5 mit seinem Lenkerarm 6 nach Erschöpfung des maximalen Federweges s auf der mit der Konsole 3 des Drehgestellängsträgers 2 starr verbundenen Spannhülse 13 abstützt. Dieser Stützring 18 kann sowohl starr als auch elastisch ausgebildet sein.

Entsprechend der Verdrehsteifigkeit des Führungslagers 7 und damit in Abhängigkeit von seinem Anteil an der Primärfederung können der Drehgestellängsträger 2 im Bereich oberhalb der Konsole 3 wie auch die Zusatzfeder 19 konstruktiv schwächer ausgelegt und damit die Drehgestellmaße reduziert werden.

Nach einer anderen Ausbildungsform der Erfindung stellt Fig. 4 den Querschnitt durch ein elastisches Führungslager 7 mit einem aus Gummi- und Metallscheiben zusammenvulkanisierten Verbundelement 8B dar. Um eine Überlastung des Verbundelementes 8B durch außergewöhnliche Vertikal- und/oder Längskräfte zu verhindern und die Längsauslenkung des Radsatzlagergehäuses 5 zu begrenzen, wurde hier ein Ring 11 des Verbundelementes 8A als Anschlag ausgebildet, der sich nach Erschöpfung des maximalen Federweges s auf der mit der Konsole 3 des Drehgestellängsträgers 2 starr verbundenen Spannhülse 13 abstützt. Der Spannbolzen 12A, die Spannhülse 13 sowie die Spanndeckel 14A und 14C fixieren das Verbundelement 8B in der Konsole 3 des Drehgestellängsträgers 2 und spannen es so vor, daß die gewünschte Steifigkeit erreicht wird.

Fig. 5 zeigt eine anders dimensionierte Ausführungsform des gleichen Prinzips eines elastischen Führungslagers 7 mit einem veränderten Verbundelement 8C.

In einem anderen Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 6 ein elastisches Führungslager 7, in dem sich der Lenkerarm 6 des Radsatzlagergehäuses 5 nur einseitig über ein Gummi-Metall-Verbundelement 8D gegenüber der Konsole 3 des Drehgestellängsträgers 2 abstützt. Durch die winkelsteife Verbindung beider Radsatzlagergehäuse 5 eines Radsatzes 4 und eine axiale Vorspannung der auf beiden Enden des Radsatzes 4 angeordneten Verbundelemente 8D wird jedoch eine analoge Wirkung zu den vorigen Beispielen erzielt.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Radsatzführung stellt Fig. 7 dar. Die spiegelbildliche Anordnung von zwei aus tellerförmigen Gummi- und Metallscheiben zusammenvulkanisierten Verbundelementen 8E ergab besonders günstige Verhältnisse hinsichtlich Belastbarkeit und unterschiedlicher Steifigkeit gegenüber Quer-, Längs- und Vertikalkräften sowie gegenüber Ausdrehmomenten um die querliegende Achse des Verbundelementes 8E. In der dargestellten Ausführungsform wurde eine konstruktive Lösung verwirklicht, die im Zusammenwirken von Spannbolzen 12B, Spannmuttern 15B, Spanndeckeln 14D, 14E, Distanzringen 16C und Stellmutter 17 eine einfache, leicht zugängliche Einstellung der Federsteifigkeit des Verbundelements 8E einerseits als auch der Position des Radsatzes 4 im Drehgestell 1 andererseits gestattet.

Bei einer ausreichenden Dimensionierung der Bauteile des elastischen Führungslagers 7 insbesondere hinsichtlich der Belastbarkeit gegenüber Vertikalkräften und Ausdrehmomenten um die querliegende Achse der Verbundelemente 8, für das die erfinderische Problemlösung - wie in den Zeichnungen der unterschiedlichen Ausführungsformen unschwer erkennbar ist - die räumlichen Möglichkeiten geschaffen hat, gestattet das gefundene Lösungsprinzip des elastischen Führungslagers 7, die gesamte Primärfederung des Drehgestells 1 zu übernehmen und auf die Zusatzfeder 19 zu verzichten. Damit kann der Drehgestellängsträger 2 drastisch verkürzt und die Maße des Drehgestells 1 bedeutend reduziert werden.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele und die möglichen Kombinationen untereinander zeigen, daß sich mit der Erfindung Drehgestelle für unterschiedliche Schienenfahrzeuge und Anforderungen realisieren lassen, die durch geringe Abmessungen und Maße der Drehgestellrahmen, geringste unabgefederte Radsatzmassen, eine effektive Radsatzführung ohne Bauteilverschleiß sowie deren Einstellbarkeit mit dem Ziel der Reduzierung des Verschleißes zwischen Rad und Schiene und eines optimalen Fahrverhaltens gekennzeichnet sind.

Claims (7)

1. Radsatzführung, insbesondere für Schienenfahrzeuge mit Drehgestellen, mit einer vertikal wirkenden Primärfederung zwischen Drehgestell und Radsatzlagergehäuse sowie einer elastischen Führung des Radsatzes in Längs- und Querrichtung, mittels je eines sich von jedem Radsatzlagergehäuse in Längsrichtung erstreckenden Lenkerarms sowie quer zwischen jedem Lenkerarm und zugehörigem Drehgestellängsträger angeordneter elastischer Elemente, gekennzeichnet dadurch, daß jedes Radsatzlagergehäuse (5) winkelsteif mit der Achse des Radsatzes (4) verbunden ist, die elastischen Elemente als die horizontale Führung des Radsatzes (4) in Längs- und in Querrichtung allein übernehmende und die Primärfederung zumindest unterstützende elastische Führungslager (7) mit von ihrer konstruktiven Ausführung jeweils definierten, in den genannten Belastungsrichtungen unterschiedlichen Federsteifigkeiten ausgebildet sind und die Führungslager (7) in den zugehörigen Drehgestellängsträgern (2) mit Hilfe von Spannmitteln (Bolzen (12A bzw. 12B; Spannhülse 13; Spanndeckel 14A, 14B, 14C, 14D bzw. 14E; Spannmutter 15A bzw. 15B) verdrehfest eingespannt sind und radial und/oder axial auf die elastischen Elemente wirkende und ihre Steifigkeit in einer oder mehreren Beanspruchungsrichtungen und/oder ihre Position in bezug auf das Drehgestell verändernde Einstellmittel (Distanzring 16A bzw. 16B; Spannbolzen 12B; Spanndeckel 14D bzw. 14E; Mutter 15B; Distanzring 16C; Stellmutter 17) enthalten.

2. Radsatzführung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das den Lenkerarm (6) des Achslagergehäuses (5) und den Drehgestellängsträger (2) elastisch verbindende Führungslager (7) ein oder mehrere Elastomer-Metall-Verbundelemente (8A bis 8E) enthält.

3. Radsatzführung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß ein Elastomer- Metall-Verbundelement (8A) aus einer hülsenförmigen Metallschicht (10) mit stirnseitig umlaufendem Bund und einer mit der Metallhülse (10) und ihrem Bund zusammenvulkanisierten, ursprünglich zylindrischen und ebenfalls mit einem Bund versehenen Gummischicht (9) besteht, wobei die Gummischicht (9) an festgelegten Stellen Ausnehmungen aufweist, deren Lage und Größe dem Verbundelement (8A) die in den unterschiedlichen Belastungsrichtungen verschiedenen definierten Steifigkeiten verleiht.

4. Radsatzführung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß ein Elastomer- Metall-Verbundelement (8B; 8C; 8D) aus orthogonal zu seiner Achse angeordneten zusammenvulkanisierten Gummi- und Metall-Scheiben (Gummischicht 9, Metallschicht 10) besteht.

5. Radsatzführung nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß ein Elastomer- Metall-Verbundelement (8E) aus tellerförmigen Gummi- und Metall-Scheiben zusammengesetzt ist.

6. Radsatzführung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Nachgiebigkeit des elastischen Führungslagers (7) in Längsrichtung des Drehgestells (1) durch Bauteildimensionierung (11) oder durch zusätzliche Anschläge (18) auf ein vorgegebenes Maß (s) begrenzt wird.

7. Radsatzführung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß das elastische Führungslager (7) und seine Befestigungselemente (8A bis 8E) dergestalt ausgeführt sind, insbesondere eine solche Verdrehsteifigkeit aufweisen, daß die vertikal wirkende Primärfederung zwischen Drehgestell (1) und Radsatzlagergehäuse (5) vollständig von ihnen übernommen wird.