DE4321541A1 - Feder-Radpaar, insbesondere für Schienenfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Konzept eines leichten, elastisch­ federnden Radpaares mit Einzelrädern, das insbesondere für Schienen­ fahrzeuge geeignet ist.

Konventionelle Radsätze haben die Aufgabe, Trag-, Führ-, Antriebs- und Bremskräfte vom Fahrzeug auf das Gleis und umgekehrt zu über­ tragen sowie die Spurführung von Schienenfahrzeug-Fahrwerken im Spurkanal des Gleises sicherzustellen. Zu diesem Zweck werden bei allen bekannten Radsatzkonstruktionen, egal ob sie mit auf der Radsatzwelle festverbundenen Rädern oder Losrädern ausgeführt sind, die Radlagerungen der gegenüberliegenden Räder durch steife Konstruktionen, wie Radsatzwelle, Losradsatzachse, Losradsatzbrücke (TALGO) oder Losradbügel (BUGATTI) starr miteinander verbunden. Dadurch wird einerseits das Spurmaß exakt festgelegt und bei allen Belastungen nahezu konstant erhalten; andererseits ver­ größert die steife Zwischenkonstruktion die unabgefederte Masse des Radsatzes, die insbesondere bei schnellfahrenden Fahrzeugen und auf weniger gut verlegten Gleisen große Massenkräfte entstehen läßt.

Es ist bekannt, daß zur Verringerung der unabgefederten Massen leichte Werkstoffe eingesetzt oder im Rad, vorwiegend zwischen Rad­ reifen und Radscheibe gummielastische Federelemente vorgesehen werden.

Leichte Werkstoffe haben den Nachteil, daß sie fast immer geringere Festigkeiten als Stahl aufweisen. Sie müssen dann in größeren Volu­ mina angewendet werden, um über große Flächen oder Widerstandsmo­ mente die spezifisch geringere Beanspruchbarkeit auszugleichen. Wenn leichte Werkstoffe genügende Festigkeiten haben, sind sie entweder sehr teuer oder nicht genügend verschleißfest oder beides, wie z. B. bei Titan, und deshalb für den praktischen Einsatz in Rad­ sätzen nicht geeignet.

Sog. gummigefederte Räder haben den Nachteil, daß die ringförmige Federeinlage am Radumfang bei jeder Radumdrehung einmal voll ein- und ausgefedert wird; das führt bei innerer Reibung im Federmate­ rial Gummi zu Energieverlusten und damit zur Vergrößerung des Roll­ widerstandes derartiger Räder.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Radpaar mit Einzel­ rädern zu schaffen, das die vorstehenden Nachteile vermeidet, das Spurmaß der Räder möglichst exakt einhält, den Anteil der unabge­ federten Massen deutlich reduziert und trotzdem mit geringem Auf­ wand zu verwirklichen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der konven­ tionelle Radsatz nicht mehr nur als reines Spurführungsbauteil ge­ sehen wird, dessen spurführungstechnisch wichtigste Aufgabe die Einhaltung des Spurmaßes ist. Das neuartige Feder-Radpaar übernimmt zusätzlich zur Spurführung auch wesentliche Funktionen des Fahrwerks, wie Lastverteilung vom Drehzapfen auf die Räder, Abfederung der Räder relativ zur Lastein­ leitung vom Wagenkasten, Quer- und Längskraftabstützung der Räder gegenüber dem Wagenkasten. Die kompakte Radsatzwelle wird durch nicht mehr rotierende, aufge­ löste Bauelemente abgelöst. Gleichzeitig werden den verwendeten Bauelementen mehrere Funktionen übertragen.

Der mit der Erfindung erzielte Fortschritt besteht insbesondere darin, daß durch die geometrische Aufgliederung der Elemente und deren mehrfache Funktion die eingesetzten Werkstoffe besser aus­ genutzt sind und die Konstruktion insgesamt dadurch leichter wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Idee, die rotierende Welle eines konventionellen Radsatzes durch leichte, elastische, federnde Bau­ elemente zu ersetzen, wird im folgenden an einigen Beispielen be­ schrieben.

Fig. 1 zeigt ein Feder-Radpaar mit Blattfeder-Lenkern. Dargestellt ist die Ansicht von vorn.

Die Räder 1 sind drehbar auf oder in den Radträgern 2 gelagert. Die Radlasten werden von den Radträgern 2 auf den unteren Feder­ blattlenker 3 und den oberen Federblattlenker 4 übertragen. Zur Dämpfung von Schwingbewegungen liegt auf dem unteren Federblatt­ lenker 3 das Federblatt 5 mit seinen Enden auf. Dadurch wird er­ reicht, daß beim Ein- und Ausfedern zwischen dem Federblattlenker 3 und den Enden des Federblattes 5 Relativbewegungen auftreten, die der Bewegung Energie entziehen.

Die Federblätter 3 und 4 und das Federblatt 5 sind am Fahrwerk­ träger 6 befestigt, daß seinerseits über die hier als Schrauben­ feder dargestellte Feder 7 mit dem Wagenkasten verbunden ist. Wenn auf die Feder 7 verzichtet wird, ist der Fahrwerkträger 6 unmittel­ bar ein Bauteil des Wagenkastens.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf das Federblatt-Radpaar. Die außenliegenden Räder 1 und die Radträger 2 sind durch den der Figur als symmetrischen dreieckförmigen unteren Federblattlenker 3 und den einfachen oberen Federblattlenker 4 in Querrichtung mitein­ ander verbunden.

In Fig. 3 ist eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung des Feder­ blatt-Radpaares dargestellt.

Zu sehen sind wiederum die Räder 1, die über die Radträger 2 und die Federblattlenker 3 und 4 mit dem Fahrwerkträger 6 verbunden sind. Die Federblattlenker 3 und 4 sind so angeordnet, daß sich ihre über die Räder 1 hinaus gedachten Verlängerungen weit außerhalb der Rad­ ebenen in einem Punkt schneiden, der in Höhe der Schienenoberkante liegt. Dadurch wird erreicht, daß sich beim Einfedern eines Rades 1 das Spurmaß des Radpaares nur minimal ändert. Eine ähnliche Wirkung läßt sich mit der in Fig. 4 dargestellten Anordnung der Federblatt­ lenken 3 und 4 erzielen.

Fig. 4 zeigt ein Federblatt-Radpaar mit nach innen geneigten Feder­ blattlenkern 3 und 4.

Die Federblattlenker 3 und 4 sind so angeordnet, daß sich die über das jeweils auf der anderen Seite liegende Rad hinaus gedachten Verlängerungen der Federblattlenker 3 und 4 weit außerhalb der Rad­ ebene in einem Punkt in Höhe der Schienenoberkante schneiden.

In Fig. 5 ist ein Gelenkfeder-Radpaar in der Ansicht von vorn zu sehen.

Bei diesem sind die Radträger 2, welche die Räder 1 tragen, mit einem unteren Lenker 8 und einem oberen Lenker 9 gelenkig mit dem Fahrwerkträger 10 verbunden. Durch die als Prinzip dargestellte Lage und Anordnung der Lenker 8 und 9 können sich die Räder 1 ge­ genüber dem Fahrwerkträger 10 in vertikaler Richtung relativ bewe­ gen, ohne daß sich der horizontale Abstand der Räder 1 zueinander spürbar ändert. Die Abfederung der Räder 1 gegenüber dem Fahrwerk­ träger 10 kann durch die Federn 11 geschehen.

Fig. 6 zeigt ein Torsionsfeder-Radpaar in der Draufsicht. Die Räder 1 und Radträger 2 sind an Querlenkern 12 befestigt, die ihrerseits je für sich um die Längsachse des Fahrwerkträgers 13 schwenkbar angeordnet sind. Die Querlenker 12 untereinander verbin­ det der längsliegende Torsionsstab 14. Die aus den Radlasten re­ sultierenden Lastmomente werden durch den Torsionsstab 14 gegen­ einander geschaltet und kompensiert. Dadurch bleibt der Fahrwerk­ träger 13 momentan frei und kann entsprechend leicht dimensioniert werden.

Fig. 7 zeigt eine andere Ausgestaltung eines Torsionsfeder-Rad­ paares.

Der Radträger 2 des Rades 1 der einen Seite des Radpaares wird vom unteren Querlenker 15 und vom oberen Querlenker 16 in Längs-, Quer- und Vertikalrichtung geführt; die Führung des Radträgers 2 des Rades 1 der anderen Seite übernehmen der untere Querlenker 17 und der obere Querlenker 18. Die unteren Querlenker 15 und 17 und die oberen Querlenker 16 und 18 beider Seiten des Radpaares sind durch den unteren Torsionsstab 19 und den oberen Torsionsstab 20 mitein­ ander verbunden. Die Torsionsstäbe 19 und 20 ihrerseits sind schwenk­ bar im Fahrwerkrahmen 21 oder direkt im Fahrzeughauptteil schwenkbar gelagert. Die gegenüber Fig. 6 doppelte Anordnung von Querlenkern und Torsionsstäben ergibt eine geringere Spurmaßänderung und eine bessere Momentenabstützung der Räder.

Das Torsionsfeder-Radpaar der Fig. 8 unterscheidet sich äußerlich nur geringfügig von dem der Fig. 7.

Die Radträger 2 haben nach vorn und hinten weisende oberhalb und unterhalb der Mitte der Räder 2 angeordnete Ausleger, die sich innerhalb oder außerhalb auf verschiedenen Seiten der Räder 2 be­ finden. Diese Anordnung verspricht eine für die Spurführung aus­ gezeichnete Bewegung der Räder 2 relativ zum Fahrwerkträger 21.

In Fig. 9 ist ein weiteres Torsionsfeder-Radpaar perspektivisch wiedergegeben.

Die Radträger 2 werden durch untere Dreieckslenker 22, 24 und obere Querlenkerstäbe 23, 25 gelenkig im Fahrwerkträger 26 schwenkbar ge­ lagert. Ein äußeres Ende des Dreieckslenkers 22 ist mit dem anderen äußeren Ende des Dreieckslenkers 24 über dem Torsionsstab 27 tor­ sionselastisch verbunden.

Claims (10)

1. Feder-Radpaar insbesondere für Schienenfahrzeuge, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verbindung zweier gegenüberliegender auf den Schienen eines Gleises rollender Räder aus zwei biegeelas­ tischen, höhenversetzten Streifen besteht, die durch die be­ sondere Anordnung in der Lage sind, Tragkräfte abgefedert auf die Räder des Fahrwerks zu übertragen und die von der Spur­ führung der Räder herrührenden lateralen Längs- und Querkräfte nahezu ohne Veränderung des Spurmaßes, d. h. des horizontalen Abstandes der Räder aufzunehmen.

2. Feder-Radpaar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die biegeelastischen, höhenversetzten Streifen vom Radträger des Rades auf der einen Fahrwerksseite zum Radträger des Rades auf der anderen Fahrwerksseite durchlaufen und dadurch die Befesti­ gungsstellen der elastischen Federblattlenker am Fahrwerkträger von Biegemomenten entlastet werden.

3. Feder-Radpaar nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der obere, der untere oder beide biegeelastischen Streifen zwecks größerer Steifigkeit in Längsrichtung zur Fahrwerksmitte hin dreiecksförmig aufgeweitet sind.

4. Feder-Radpaar nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der obere und untere elastische Federblattlenker vom Fahr­ werkträger nach außen zu den Rädern so geneigt angeordnet sind, daß sich die über die Radebenen nach außen hinaus verlängert ge­ dachten Mitten der Federblattlenker in jeweils einem Punkt nahe der Schienenoberkante schneiden.

5. Feder-Radpaar nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der obere und untere elastische Federblattlenker vom Fahr­ werkträger nach innen zum Rad der jeweils gegenüberliegenden Seite des Radpaares so geneigt angeordnet sind, daß sich die über die Radebenen nach außen hinaus verlängert gedachten Mitten der Federblattlenker in jeweils einem Punkt nahe der Schienen­ oberkante schneiden.

6. Feder-Radpaar, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der elas­ tischen Federblattlenker schwenkbar gelagerte Stablenker die Radträger mit dem Fahrwerkträger verbinden und die elastische Federwirkung durch federnde Elemente erreicht wird, die zu einer, mehreren oder allen Schwenklenkern parallel geschaltet sind.

7. Feder-Radpaar, dadurch gekennzeichnet, daß die Räder von quer zur Fahrtrichtung angeordneten schwenkbaren Lenkern geführt werden, die untereinander durch einen torsionselastischen Stab oder über andere in ähnlicher Weise eine torsionselastische Wirkung er­ zielende Bauelemente oder Anordnungen miteinander verbunden sind.

8. Feder-Radpaar, dadurch gekennzeichnet, daß die Räder von quer zur Fahrtrichtung jeweils oben und unten angeordneten Querlenkern ge­ führt werden und die oberen und unteren Querlenker der gegenüber­ liegenden Räder durch torsionselastische Bauelemente paarweise miteinander verbunden sind.

9. Feder-Radpaar nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Räder tragenden Radträger obere und untere Anschlußpunkte für die Querlenker aufweisen, die auf verschiedenen Seiten der Räder jeweils außerhalb und innerhalb der Radebene liegen.

10. Feder-Radpaar dadurch gekennzeichnet, daß die unteren die Rad­ träger führenden Lenker als Dreieckslenker ausgebildet sind, welche untereinander durch ein oder mehrere torsionselastische Bauelemente oder eine ähnliche Wirkung erzielende Anordnungen miteinander verbunden sind, und zur Kippstabilisierung der Räder obere Stablenker verwendet werden, die gelenkig oder schwenkbar zwischen Radträgern und dem Fahrwerkträger angebracht sind.