DE4142028A1 - Laufwerk fuer schienenfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Radsätze von Schienenfahrzeugen besitzen im allgemeinen Laufflächen, die im wesentlichen konisch profiliert sind, so daß bei Querauslenkung aus der Mittel­ lage der Berührpunkt des einen Rades auf größerem Radradius, der des anderen Rades auf kleinerem Radradius rollt, so daß sich die Radsätze beim Lauf in der Geraden ständig zur Gleismitte hin zentrieren und beim Lauf in Gleisbögen auf unterschiedlichen Radradien rollen, die im günstigsten Fall dem Unterschied der Lauflängen auf bogeninnerem und bogenäußerem Gleis entsprechen, wobei sich die Radsatzachse zum Bogenmittelpunkt ausrichtet und der Radsatz führungs­ kräftefrei rollt, was mit Radialstellung des Radsatzes bezeichnet wird.

Wenn mindestens zwei Radsätze in einem Laufwerk angeordnet sind, wird bei starrer Radsatzführung die Radialstellung verhindert, was Quer- und Längs­ schlupf in den Radaufstandspunkten bewirkt und hohe Führungskräfte im Gleis­ bogen zur Folge hat.

Geringere Führungskräfte und eine gewisse Annäherung an die Radialstellung wird durch längsweiche Radsatzführung erreicht. Hierbei werden im wesentlichen die Längsschlupfkräfte in den Radaufstandspunkten genutzt. Durch diese werden Stellungsänderungen der Radsätze gegen die Federkraft der Längsführungen bewirkt, bis Gleichgewicht erreicht ist. Weitere Verbesserungen der Radialstellung erfolgen über Radialsteuerungen.

Ein Laufwerk mit profilierten Radsätzen stellt ein selbsterregbares Schwingungs­ system dar, das durch eine Anzahl charakteristischer Schwingformen gekennzeichnet ist, von denen jede in einem bestimmtem Maße gedämpft ist, wobei das Dämpfungsmaß generell von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt. Die für ein Laufwerk wichtigsten Schwingformen sind der Sinuslauf der Radsätze im Gleis, bei dem die Radsätze wellenförmige Bewegung im Spurkanal d. h. Querbewegungen und Wendebewegungen um die Hochachse ausführen.

Infolge der Reibkräfte in den Berührpunkten zwischen Rad und Schiene und infolge der Massenkräfte treten Führungskräfte im Gleis auf, die bei abnehmender Dämpfung der maßgeblichen Schwingformen, das ist im allgemeinen bei zunehmen­ der Fahrgeschwindigkeit, vorwiegend durch zunehmende Amplituden der Radsatz­ querbewegung anwachsen und bei Erreichen der zulässigen Führungskräfte die Fahrgeschwindigkeit begrenzen, was auch mit Erreichen der Laufstabilitätsgrenze bezeichnet wird.

Eine Abnahme der Längssteifigkeit der Radsatzführung, die der Verbesserung der Radialstellung dient, bewirkt im allgemeinen eine Verringerung der Dämpfung der maßgeblichen Schwingformen, also eine Verringerung der Laufstabilität, die die Führungskräfte erhöht und die zulässige Fahrgeschwindigkeit einengt.

Die Anwendung von zusätzlichen Koppelelementen zwischen den Radsätzen, die die Steuerwirkung insbesondere auf den vorlaufenden Radsatz verbessern und/oder die Laufstabilität verbessern, stößt auf Schwierigkeiten, wenn zwischen den Rädern auf der Radsatzwelle keine zusätzlichen Lagerstellen für Antriebs-, Brems- oder Koppelelemente vorhanden sind, über die Koppelkräfte auf den Radsatz übertragen werden können. Das ist beispielsweise bei Hohlwellenantrieben der Fall, aber auch bei Besetzung der Radsatzwelle mit Wellenbremsscheiben. Auf die Radsätze wirkende Koppelkräfte können dann nur an den Außenlagern angreifen. Damit werden die Übertragungswege verlängert, was besonders zu Lasten der Steifigkeit der Übertragung der Koppelkräfte geht, womit die Laufstabilität beeinträchtigt und zusätzlicher Bauraum im Bereich zwischen den Radsätzen beansprucht wird.

Ein Beispiel für die ungünstigere Raumbeanspruchung, insbesondere für Antriebe und fehlende Integration der Bauteile, ist DE-OS 26 59 797. Ein Beispiel für die Verschlechterung der radialen Einstellbarkeit durch die Drehsteifigkeit der Koppelelemente ist DE-PS 32 23 989.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Laufwerk mit außengelagerten Radsätzen ohne zusätzliche Lagerstellen zwischen den Rädern zu schaffen, das bei Bogenfahrt eine möglichst günstige radiale Einstellung der Radsätze, bei hoher Fahrgeschwindigkeit möglichst hohe Laufstabilität und eine Bauraum und Bauaufwand sparende sowie steife Anordnung der erforderlichen Führungselemente oder -rahmen besitzt und den Bauraum für Antriebs- oder Bremselemente und sonstige notwendige Bauteile freiläßt.

Diese Aufgabe wird gemäß der im Anspruch 1 angegebenen Kombination von Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Anordnung von Führungselementen oder -rahmen gestattet die Verbesserung der Radsatzstellungen im Bogen, wobei für die einzelnen Radsätze eines Lauf­ werkes je nach Art der Anforderung unterschiedliche Annäherung an die radiale Einstellung gewählt werden kann.

Die Anordnung von längsliegenden, zwischen den Radsatzlagern einer Laufwerks­ seite wirkenden Dämpfungselementen trägt zur Stabilisierung des Laufes, ins­ besondere in der Geraden und in Bögen mit großem Radius bei, ohne die gewünschte Radsatzstellung im Bogen zu beeinträchtigen (ausgenommen bei Reibungsdämpfern).

Die Integration der querliegenden Teilstücke der Führungselemente oder -rahmen und der längsliegenden Dämpfungselemente erlaubt die steife Gestaltung und die räumliche Unterbringung auch bei starker Bauraumbelegung durch Antriebs-, Brems- und sonstige notwendigen Bauteile.

Die schubsteife Querkopplung der Führungsrahmen und die durch Dämpfungs­ elemente dient der Anpassung an unterschiedliche Anforderungen sowie der Stabilisierung des Laufes, wobei die Integration der Querdämpfer die räumliche Unterbringung begünstigt.

In den Unteransprüchen 9 bis 13 sind weitere stabilitätssteigernde Maßnahmen angegeben und in 14 eine untere Grenze für die Wirksamkeit der Führungsrahmen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert, in denen charakteristische und vorteilhafte Ausführungsbeispiele dargestellt sind.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Laufwerk, z. B. einem 2achsigen Drehgestell, sind mit 1 die Radsätze bezeichnet, die über Radsatzlager 3 mit dem Drehgestell­ rahmen 2 in geeigneter Weise über die elastische Längsführung 4 und Quer­ führungen 5 verbunden sind. Als Verbindungselemente, die Steuerkräfte zwischen den Radsätze 1 übertragen, dienen Führungsrahmen 21, 22, die in der Horizontal­ ebene biege- und schubsteif ausgebildet und in den Punkten 24, 24′ mit den Radsatzlagern verbunden sind. Die querliegenden Mittelteile der Führungsrahmen 21, 22 sind ineinander integriert und beanspruchen somit bei hoher Steifigkeit nur minimalen Bauraum im Bereich der Laufwerksmitte. Die längsliegenden Dämpferelemente 11 und 11′ sind in die Führungsrahmen integriert, wirken über die Führungsrahmenteile zwischen den Radsatzlagern einer Laufwerksseite ohne Kraftwirkung auf den Laufwerksrahmen 2 und dämpfen die Relativbewegung, insbesondere die Drehbewegung zwischen den Radsätzen. Für die Anlenkpunkte 12, 12′ finden sowohl Gelenklager als auch Silentblocs und Sphäriblocs mit ent­ sprechender Steifigkeit Anwendung. Die Führungsrahmen 21, 22 sind mit einem Zapfen 23 verbunden, der die Kräfte zwischen den Rahmen überträgt. Der Zapfen 23 wird zur Zugkraftübertragung auf die Radsätze herangezogen, wenn die Längs­ führung 4 davon entlastet werden soll, wobei eine Querkraftübertragung auf Laufwerks- oder Fahrzeugrahmen vermieden wird. Als Beispiel hierfür ist eine Führung 25 angedeutet.

Die Bauraumbeanspruchung ist beispielhaft angedeutet in den Fig. 1 bis 3.

In Fig. 1 und Fig. 2 sind am Radsatz 1 Bremsscheiben 32, 32′ auf der Radsatz­ welle 1 angeordnet. Am Radsatz 1′ ist ein Motor 31 mit Hohlwellenantrieb 34 und auf der (nicht näher bezeichneten) Hohlwelle angeordneten Bremsscheiben 33, 33′ dargestellt.

Das in Fig. 2 dargestellte Laufwerk besitzt an Stelle der Führungsrahmenarme Gestänge 43, 43′, 45, 45′ zur Verbindung des integrierten Mittelteiles 53, 54, 54′ mit den Radsatzlagern, die die Längsführung 4 von der Zugkraftübertragung entlasten.

In Fig. 3 ist ein entsprechendes Laufwerk dargestellt, bei dem der mittlere Radsatz 1′′ über den Führungsrahmen 44 der Kraftübertragung zwischen den Radsätzen dient, wobei die querliegenden Rahmenteile mit den entsprechenden Teilen der Endradsätze integriert sind. Die längsliegenden Dämpfungselemente 11 sind oben im Bild nur zwischen den Endradsätzen wirkend gezeigt, die unten im Bild gezeigten Dämpfungselemente 11′ wirken auch auf bzw. über den Mittel­ radsatz.

In Fig. 4 besteht der integrierte Mittelteil der Führungsrahmen 21, 22 aus einem Hohlprofil 53 und U-Profilen 54, 54′, an den die Rahmenarme 51, 52 anschließen.

Fig. 5 zeigt einen integrierten Mittelteil in einer Ausführungsform mit I- und U-Profilen 63, 64, 64′ und Kopplung in Querrichtung durch integrierte Dämpfungs­ elemente 13, 13′.

Fig. 6 zeigt das gleiche integrierte Mittel 53, 54, 54′ wie Fig. 4, jedoch mit Kopplung in Querrichtung durch außenliegende Dämpfungselemente 13, 13′.

Claims (15)

1. Laufwerk für Schienenfahrzeuge mit mindestens auf zwei mit radialer Einstellbarkeit versehenen Radsätzen abgestütztem ein- oder mehrteiligem Rahmen und mit Außenlagerung der Radsatzwellen, ohne zusätzliche Lager zwischen den Rädern, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• a) Anordnung von Führungselementen oder -rahmen zur Übertragung von Steuerkräften zwischen den Radsätzen,
• b) Anordnung von längsliegenden, zwischen den Radsatzlagern einer Laufwerksseite wirkenden Dämpfungselementen,
• c) Integration der querliegenden Teilstücke der Führungselemente oder -rahmen mindestens zweier Radsätze,
• d) Integration der längsliegenden Dämpfungselemente mit den längs­ liegenden Teilstücken oder im Winkelbereich der Führungselemente.

2. Laufwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die querliegenden Teilstücke der Führungselemente oder -rahmen in Querrichtung schubsteif miteinander gekoppelt sind.

3. Laufwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die querliegenden Teilstücke der Führungselemente oder -rahmen in Querrichtung durch Dämpfungselemente miteinander gekoppelt sind.

4. Laufwerk nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die querliegenden Dämpfer in die querliegenden Teilstücke der Führungselemente oder -rahmen integriert sind.

5. Laufwerke nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfer als hydraulische Dämpfer ausgebildet sind.

6. Laufwerke nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfer als Reibungsdämpfer ausgebildet sind.

7. Laufwerke nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Dämpfungsglied gesteuerte Hydraulikzylinder bzw. schaltbare Dämpfer angeordnet sind.

8. Laufwerke nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Dämpfungsglied elektrische Stellglieder angeordnet sind.

9. Laufwerk nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfer als hydraulische Dämpfer ausgebildet sind und Kennlinien aufweisen, die im unteren Bereich der Kolbengeschwindigkeit steilen Kraftanstieg und bei zunehmender Kolbengeschwindigkeit konstante oder weniger ansteigende oder abfallende Kraftverläufe besitzen.

10. Laufwerk nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Drehgestellen zusätzlich Drehdämpfer zwischen Drehgestell und Fahrzeugkasten angeordnet sind.

11. Laufwerk nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei Drehgestellen zusätzlich Querdämpfer zwischen Drehgestell und Fahrzeugkasten angeordnet sind.

12. Laufwerk nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Vertikaldämpfer zwischen Radsatzlagern und Laufwerksrahmen unter Winkeln von 20-70° gegenüber der Vertikalen geneigt angeordnet sind.

13. Laufwerk nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungselemente mit verschleißfreien, in Kraftrichtung steifen Gelenken ausgerüstet sind.

14. Laufwerk nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsrahmen auf dem Übertragungsweg von den Radsatzlagern zum Verbindungsgelenk/Querdämpferanlenkpunkt eine Steifigkeit von mindestens 1×10⁶ N/m aufweisen.

15. Laufwerk nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in die Führungsrahmen Elemente zur Übertragung der Zugkraft vom Radsatz zum Drehgestell oder Wagenkasten integriert sind.