DE4400615C1 - Radsatzführung mit virtueller Radsatz-Schwenkachse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Radsatzführung mit virtuel­ ler, vertikaler Radsatz-Schwenkachse mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1, die aus EP 0 143 540 B1 bekannt sind.

Dort ist ein Antriebs-Drehgestell eines Schienenfahrzeugs offenbart, dessen Rahmen sich auf die beiden Radsätze über vertikal annä­ hernd starre, jedoch seitlich (in Fahrwegebene) schubelastische Scherblöcke abstützt. Die innengelagerten Radsätze sind durch je eine Lenkerstange zwangsgeführt, die eine Verbindung der Radsatzlager zum Wagen­ kasten des Schienenfahrzeugs herstellt. Die Scherblöcke sind als rechteckige Gummi-Metall-Kissen ausge­ führt und auf beiden Seiten jedes Radsatzes jeweils zu viert so angeordnet, daß ihre verlängert gedachten Längsachsen in einer vertikal in dem Raum zwischen den Seitenwangen des Drehgestells und den beiden Radsätzen deutlich außerhalb der Längsmittelachse verlaufenden Drehachse konvergieren. Diese Drehachse liegt im Bereich einer elastischen Kupplung, mit der Drehmomente von ei­ nem Antriebsmotor auf das Radsatzgetriebe übertragen werden. Dadurch ist in Fahrtrichtung eine hohe Federsteifigkeit (=quasi­ starre Radsatz-Längsführung) und in Quer- bzw. in bezüglich der virtuellen Drehachse tangentialer Richtung eine relativ geringe Federsteifigkeit installiert.

Bei seitlichem Schub aus Flieh- und Spurführungskräften, d. h. bei Bogenlauf des Drehgestells bzw. dessen Schwenkbewegung unter dem Wagenkasten, können sich die Radsätze, gesteuert durch ihre Lenker, durch Schwenken um die außermittige virtuelle Drehachse radial im Gleis einstellen.

Das exakte Ausrichten der zahlreichen Scherblöcke ist bei der Herstellung dieser Radsatzführung sehr aufwendig, zumal die vir­ tuelle Schwenkachse nicht in der Radsatzmittelebene liegt. Auch erhöhen die Lenker das Eigengewicht und die Komplexität des Drehgestellrahmens.

Es ist auch bekannt (DE 24 04 768 A1), daß Gummiring-Rollfedern mit einer bestimmten, vorzugsweise elliptischen Formgebung in einer horizontalen Ebene mit richtungsabhängig unterschiedlichen Federsteifigkeiten ausgerüstet werden können. In dem dort be­ schriebenen Anwendungsfall einer Radsatz-Primärfederung eines Schienenfahrzeugs liegt die größere Elastizität der Rollfeder genau in Fahrtrichtung, die kleinere quer dazu.

Bei einer anderen Radsatzführung (EP 0 360 782 A2) werden ring­ förmige, mit einem gummielastischen Element ausgestattete Buch­ sen als Primärfederelemente eingesetzt, die ebenfalls - aufgrund von Aussparungen in den gummielastischen Elementen - richtungsab­ hängig unterschiedliche Federsteifigkeiten in einer Ebene auf­ weisen, damit deren Steifigkeit in Abhängigkeit von der Fahr­ geschwindigkeit variabel eingestellt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der ein­ gangs erörterten Radsatzführung eine einfachere Lösung anzuge­ ben, die ohne Lenker auskommt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merk­ malen des Anspruchs 1 gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen dieses Gegenstands an.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes geht aus der Zeichnung und deren sich im folgenden anschließender eingehender Beschreibung hervor.

Es zeigen in stark schematisierter Darstellung

Fig. 1 eine Prinzipskizze eines zweiachsigen Schienenfahr­ zeug-Drehgestells mit über Primärfederelemente len­ kerfrei selbsttätig radial einstellbaren Radsätzen,

Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform für ein Primärfeder­ element zur Bereitstellung einer virtuellen Drehachse eines Schienenradsatzes und

Fig. 3 den Längsschnitt durch das Primärfederelement ent­ lang Linie III-III in Fig. 2.

In einem Rahmen 1 eines Schienenfahrzeug-Fahrgestells 2 - hier eines zweiachsigen Drehgestells - sind gemäß der in Fig. 1 ge­ zeigten Draufsicht auf die Fahrwegebene zwei Radsätze 3 und 4 um ihre Rotationsachsen 3A bzw. 4A drehbar gelagert, wobei zwischen deren außenliegenden Lagergehäusen 5 und dem Rahmen 1 Primär­ federelemente 6 angeordnet sind.

Die Radsätze 3 und 4 sind in ihrer Normalstellung (Stillstand oder Fahrt in der Geraden) durchgezogen und in einer Lenkstel­ lung (Fahrt im Bogen) gestrichelt gezeichnet. Die Rotationsach­ sen 3A und 4A sind in letzterer Stellung gegeneinander ange­ stellt, die Radsätze also radial in den Bogen eingeschwenkt, wobei der eingeschlossene Winkel hier der Verdeutlichung halber übertrieben groß gezeichnet ist. Real auftretende Schwenkwinkel sind viel kleiner.

Rechtsseitig sind in den Rotationsachsen 3A und 4A nach links weisende Pfeile F eingezeichnet, die auf den Rahmen 1 einwirken­ de Fliehkräfte repräsentieren. Mittig auf den Radsatzwellen sind nach rechts weisende Pfeile L eingezeichnet, welche die von der bogenäußeren (linken) Schiene auf die Radsätze 3 und 4 bzw. de­ ren Spurkränze ausgeübten Spurführungs- oder Richtkräfte repräsentieren.

Die gestrichelt gezeichnete Lenkstellung der beiden Radsätze 3 und 4 stellt sich bei diesem Fahrgestell allein und lenkerfrei unter der Wirkung der Kräfte F und L ein, weil die Primärfeder­ elemente 6 eines Radsatzes spiegelsymmetrisch beidseits der Längsmittelachse LM des Fahrgestells derart angeordnet und aus­ geführt sind, daß sie in Fahrwegebene in zwei Richtungen unter­ schiedliche, bezüglich der Fahrtrichtung und Fliehkraftrichtung gedreht orientierte Federsteifigkeiten aufweisen, wobei sich die Achsen der geringsten Federsteifigkeiten außerhalb der Rotati­ onsachse 3A bzw. 4A der Radsätze 3 bzw. 4 in einer Längsprojek­ tion des Radsatzmittelpunkts bzw. auf der Längsmittelachse LM schneiden, wie hier durch Schnittpunkte der Achse LM und je zweier strich-doppelpunktierter Wirkungslinien gezeigt ist.

Die Schrägwinkel dieser Wirkungslinien sind nicht repräsentativ für eine reale Anordnung, sondern müssen natürlich an die Erfor­ dernisse des realen Fahrzeugs angepaßt werden. Im Ausführungs­ beispiel ist die Richtung der geringsten Federsteifigkeit gegen­ über der Achse LM (Fahrtrichtung) um etwa 45° verdreht, und auch beim realen Fahrzeug wird er in einem Bereich zwischen 30°und 60° einzustellen sein.

Unter der Einwirkung der genannten Kräfte F und L - ausgehend von der Anordnung in der Zeichnung - tendiert das rechte Lagergehäuse 5 des Radsatzes 3 in einer Ausweichbewegung auf der Wirkungsli­ nie der geringsten Federsteifigkeit nach schräg rechts unten, während das linke Lagergehäuse desselben Radsatzes entlang der korrespondierenden Wirkungslinie nach schräg rechts oben tendiert.

Da die entsprechenden Wirkungslinien am Radsatz 4 umgekehrt ver­ dreht sind, schwenkt dessen Rotationsachse bei gleicher Richtung der einwirkenden Kräfte gegenläufig, d. h., sein rechtes Lagerge­ häuse 5 tendiert nach schräg rechts oben und sein linkes Lager­ gehäuse 5 tendiert nach schräg rechts unten.

Ersichtlich stellt sich jeder Radsatz in der Fahrwegebene um eine vertikale virtuelle Drehachse V ein, die im Idealfall die Rotationsachse 3A bzw. 4A des Radsatzes im Radsatzmittelpunkt schneidet, zumindest aber die Radsatzwelle durchlaufen sollte.

Erreicht wird dies bevorzugt durch eine besondere Ausführung der in Fig. 1 nur angedeuteten Primärfederelemente als Mehrschicht- Gummi-Metall-Elemente gemäß der Schnittansicht in Fig. 2. Der Schnitt durch das Primärfederelement 6 liegt wiederum parallel zur Fahrwegebene, wie durch Koordinatenpfeile x (Fahrtrichtung) und y (Spurführungs- bzw. Fliehkraftrichtung) angedeutet ist.

Von einem - vorzugsweise ovalen - Außenring 6R wird ein Elastomer­ körper 6K umschlossen, der seinerseits einen länglichen zentra­ len Mittelkörper (Schwert) 6M umfaßt. Die jeweils flächig aneinanderstoßenden Bauteile sind scherfest kraftschlüssig mit­ einander verbunden (z. B. vulkanisiert).

Durch einen Pfeil h wird die Wirkungslinie der größten Federhär­ te des Elements 6 gezeigt, ein Pfeil w gibt die Wirkungslinie der geringsten Federhärte an. Diese Wirkungslinien schneiden einander hier unter einem rechten Winkel, und ihr Schnittpunkt liegt im Grundriß vorzugsweise genau über der Radsatzmittenachse.

Vorzugsweise sind in dem Elastomerkörper 6K in Richtung des Pfeils w Aussparungen 6A vorgesehen. Mit deren Größe kann die Nachgiebigkeit des Elastomerkörpers 6K gegenüber Verformungen in dieser Richtung eingestellt werden. Die Größe dieser Aussparun­ gen wird je nach Erfordernissen festgelegt; sie können sich bei Bedarf auch bis zu dem Mittelkörper 6M hin erstrecken, so daß an dessen Spitzen im Gegensatz zur gezeichneten Ausführung kein Elastomermaterial mehr vorhanden und der Elastomerkörper in zwei Teile geteilt ist.

Aus dem Längsschnitt in Fig. 3 wird deutlich, daß das Primär­ federelement auch in vertikaler Richtung (Pfeil z) belastbar und nachgiebig ist. Eine Gewichtskraft G wirkt nach unten auf den Mittelkörper ein, während der Außenring 6R festgehalten wird. Natürlich könnte diese Anordnung bedarfsweise umgekehrt werden, so daß dann der radsatzfeste Mittelkörper von unten nach oben in den Elastomerkörper eingeführt wird und der Außenring am Rahmen befestigt wird.

In jedem Fall hat der Elastomerkörper 6K eine hauptsächlich in den Richtungen w und z scherfähige Verbindung zwischen dem Au­ ßenring 6R und dem Mittelkörper 6M zu bilden.

Die Härte des Elastomerkörpers ist in allen Richtungen in be­ kannter Weise durch die Werkstoffauswahl und seine Geometrie in weiten Grenzen bedarfsgerecht einstellbar.

Auf die Bauart des Primärfederelements kommt es für die Erzie­ lung des erfindungsgemäßen Selbstlenkeffekts aber nicht an, vielmehr können auch andere Bauarten, z. B. Rollringfedern oder trapezoide Mehrschichtfederelemente eingesetzt werden, so lange die Federsteifigkeiten in der vorstehend beschriebenen Weise ausgerichtet und aufeinander abgestimmt werden.

Abweichend von der hier dargestellten Ausführungsform mit je nur einem Primärfederelement auf jeder Radsatzseite kann auch an jeder Radsatzseite beidseits der Rotationsachse je ein Primär­ federelement vorgesehen werden. Mittels einer Traverse stützen sich diese in an sich bekannter Weise paarweise an der Radsatz­ lagerung ab. Bei einer niedrigeren Bauweise im Bereich der Rad­ satzlagerung werden damit auch die Vertikallasten der einzelnen Primärfederelemente halbiert.

Claims (9)

1. Radsatzführung mit virtueller vertikaler Radsatz-Schwenkachse, die zwischen den Lagergehäusen eines Radsatzes und einem Fahrgestell, insbesondere einem Drehgestell-Rahmen, eines Schienenfahrzeugs angeordnete elastische Elemente umfaßt, welche in Fahrwegebene unterschiedliche Federsteifigkeit aufweisen, um eine radiale Einstellung jedes Radsatzes gegenüber dem Fahrgestell zu erlauben, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite des Radsatzes (3 bzw. 4) mindestens ein Primärfederelement (6) mit in Fahrwegebene unterschiedlichen Federsteifigkeiten (h bzw. w) derart angeordnet ist, daß die verlängert gedachten Wirkungslinien der in Fahrwegebene kleinsten Federsteifigkeiten (w) beider Primärfederelemente (6) sich außerhalb der Rotationsachse (3A bzw. 4A) des Radsatzes (3 bzw. 4) annähernd in der Längsmittelachse (LM) des Fahrgestells (2) schneiden, so daß die Rotationsachse (3A bzw. 4A) gegenüber dem Fahrgestell (2) bei einer von diesem auf den Radsatz (3 bzw. 4) quer zu dessen Ab­ rollrichtung wirkenden Krafteinleitung in einer Ausweichbewegung selbsttätig um die annähernd in der Radsatzmitte liegende vir­ tuelle Schwenkachse (V) frei schwenkbar ist.

2. Radsatzführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Primärfederelement (6) an den Lagergehäusen (5) einer außenliegenden Radsatzlagerung angeordnet ist.

3. Radsatzführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkungslinien der geringsten Federsteifigkeiten (w) mit der Längsmittelachse (LM) des Fahrgestells (2) einen Winkel im Bereich zwischen 30° und 60° einschließen.

4. Radsatzführung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärfederelement (6) als Elastomer-Mehrschichtfeder ausgeführt ist.

5. Radsatzführung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärfederelement (6) einen ovalen Grundriß aufweist, wobei die längere Hauptachse in der Richtung der geringsten Fe­ dersteifigkeit ausgerichtet ist.

6. Radsatzführung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärfederelement (6) einen ovalen Außenring (6R), ei­ nen Mittelkörper (6M) sowie einen zwischen dem Außenring und dem Mittelkörper angeordneten und kraftschlüssig mit diesen verbun­ denen Elastomerkörper (6K) umfaßt, wobei der Elastomerkörper mit Ausnehmungen (6A) zur Herabsetzung seines Verformungswiderstan­ des in der Richtung der geringsten Federsteifigkeit versehen ist.

7. Radsatzführung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausnehmungen (6A) zwischen dem Außenring (6R) und dem Mittelkörper (6M) erstrecken und den Elastomerkörper (6K) in zwei Teile teilen.

8. Radsatzführung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelkörper (6M) einen flachen, gerundeten Schwert- Querschnitt hat.

9. Radsatzführung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß an jeder Radsatzseite je ein Primärfederelement (6) beidseits der Rotationsachse (3A bzw. 4A) angeordnet ist,
daß sich die beiden Primärfederelemente auf einer gemeinsamen Traverse gegenüber dem Radsatzgehäuse (5) abstützen, wobei die Wir­ kungslinien der geringsten Federsteifigkeiten beider Primärfeder­ elemente sich zumindest annähernd in der Längsmittelachse (LM) des Fahrgestells (2) schneiden.