DE4419878C1 - In axialer Richtung bewegliche Achsanordnung für Schienenfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine in axialer Richtung bewegliche Achsanordnung mit zwei radial einstellbaren Radsätzen, die am Fahrzeugkasten oder Fahrwerkrahmen eines schnellfahrenden Schienenfahrzeuges mittels einer Steuereinrichtung geführt sind, welche Längsmitnahme- und Dämpfungselemente aufweist.

Nach der CH-PS 6 71 930 ist eine Radsatzführung für schnellfahrende Schienenfahrzeuge mit einer Längs- und Queranlenkung der Radsätze bekannt, bei welcher diese mit biegesteifen Achslenkern geführt werden. Die Achslenker umfassen einerseits das entsprechende Achslager und sind andererseits, um eine horizontale Achse schwingbar, elastisch mit dem Fahrwerkrahmen verbunden. Hierbei kommen vorwiegend Gummibuchsen oder Gummischeibenfedern zum Einsatz, die mit einer ampaßbaren weichen Längs- und mäßig harten Querfedersteifigkeit einem mit Verschleißprofil versehenen Radsatz die Möglichkeit geben, den Sinuslauf auszuführen und sich bei Bogenfahrt radial auf den Kurvenmittelpunkt hin einzustellen.

Da die selbsttätige radiale Einstellung der Radsätze infolge schlechter Berührgeometrie und unzureichender Reibkraft zwischen Rad und Schiene zumeist ungenügend ist, bedient man sich zusätzlich zur elastischen Ausbildung der Achslenkerlagerung einer kastenseitigen Zwangssteuereinrichtung, welche die geometrische Koppelung des Fahrzeugkastens mit den beiden Radsätzen darstellt und diese radial auf den Kurvenmittelpunkt hin einstellt.

Um ein stabiles Laufverhalten bei schnellfahrenden Schienenfahrzeugen zu erhalten, muß die Grenzgeschwindigkeit durch Strecken des Sinuslaufs erhöht werden, so daß sie bei der höchsten, für das Fahrzeug zugelassenen Geschwindigkeit nicht erreicht wird.

Ferner ist es nach EP 03 89 582 B1 bekannt, den Sinuslauf mit zusätzlichen Drehhemmungssystemen und/oder Dämpfungselementen zu unterdrücken. Derart ausgerüstete Laufwerke vermögen die konträren Anforderungen eines stabilen Fahrzeuglaufs bei hohen Geschwindigkeiten mit einer gleisschonenden Bogenfahrt zu vereinen. Dabei bedürfen sie jedoch der genauen Abstimmung zwischen der Längs- und Querfedersteifigkeit der Achsführung im Bereich der Achslenkerlager und der Primärfederung sowie der gummielastischen Drehpunkte der Dämpfungselemente und der Radsatzsteuereinrichtung.

Die Platzverhältnisse für derartige Radsatzsteuereinrichtungen sind jedoch zumeist so stark eingeschränkt, daß nur sehr kurze Hebelarme realisiert werden können. Dies führt dazu, daß an den Gelenkpunkten keine verschleißfreien gummielastischen Lager eingesetzt werden können, da sie die auftretenden großen Verdrehwinkel nicht zulassen. Statt dessen müssen verschleißbehaftete Gelenklager mit Gleitbelägen verwendet werden, welche zwar die großen Verdrehwinkel zulassen, auf Dauer aber die Wirtschaftlichkeit reduzieren.

Die CH-PS 6 71 931 sieht eine kastenseitige Zwangssteuereinrichtung mit einer speziellen geometrischen Anordnung vor, bei der für gummielastische Elemente optimale Verhältnisse bezüglich ihrer Verdrehwinkel herrschen. Diese Lösung unterliegt jedoch gewissen platzmäßigen Einschränkungen, wie sie sich durch den innenliegenden negativen Anlenkpunkt, beispielsweise bei motorisierten Fahrwerken, ergeben können.

Bezüglich Dämpfungselementen schlägt die DE 41 18 366 A1 die Kombination der für schnellfahrende Schienenfahrzeuge erforderlichen Drehdämpfung mit einer Längsmitnahmeeinrichtung vor. Durch diese Anordnung wird die Anzahl der Dämpfungselemente minimiert und gleichzeitig deren Effektivität gesteigert, um noch höhere Grenzgeschwindigkeiten zu erreichen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Achsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der auch bei den höchsten Fahrgeschwindigkeiten ein stabiles Laufverhalten erreicht wird, sowie verschleißfreie elastische Lagerungen mit entsprechenden Drehwinkeln der Hebelarme in der Radsatzsteuereinrichtung zu schaffen, ohne dadurch den übrigen Platzbedarf einzuschränken.

Gelöst wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist auf den Radsätzen einerseits oberhalb ihrer Achslager je eine bekannte Primärfederung vorgesehen, auf denen sich der Fahrzeugkasten oder Fahrwerkrahmen abstützt und die andererseits achslenkerlos über eine kombinierte Steuer- und Längsmitnahmeeinrichtung so geführt sind, daß deren Gelenkwinkel in einer Größe auftreten, wie sie von wartungsfreien gummielastischen Lagern aufgenommen werden können und daß diese auf ein Minimum reduziert sind.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht in der achslenkerlosen Bauart, die es ermöglicht, auf die Achslenker und die entsprechenden Gummielemente der Achslenkerführung zu verzichten. Erreicht wird dies durch die kastenseitige Zwangssteuereinrichtung, deren Lenkerstangen als Querfederstäbe ausgebildet sind und die, parallel zur Primärfederung geschaltet, an den jeweiligen Achslagerstellen der Radsätze angreifen.

Dabei erlaubt die erfindungsgemäße Anordnung und Ausbildung der Lenkerstangen im Zusammenhang mit den Steifigkeitsverhältnissen der Primärfederung eine gezielte Optimierung auf die erforderliche Quersteifigkeit des Gesamtsystems unter Berücksichtigung der für gummielastische Lager dauerhaft zulässigen Gelenkwinkel der kombinierten Steuer- und Längsmitnahmeeinrichtung sowie deren Dämpfungsmittel.

Dieses Problem ist mit den bislang im Stand der Technik bekannten Mitteln nicht lösbar gewesen.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung können große Querfederwege bereits in der primärfederstufe realisiert werden, was die Bogenfreundlichkeit des Laufwerks eines schnellfahrenden Schienenfahrzeuges wesentlich erhöht.

Die Erfindung wird anschließend anhand einer Zeichnung beispielsweise erläutert sowie deren Wirkung und Funktionsweise beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 die Draufsicht auf eine in axialer Richtung bewegliche Achsanordnung von zwei durch eine kombinierte Steuer- und Längsmitnahmeeinrichtung mit Dämpfungsmitteln versehenen, radial einstellbaren Radsätzen,

Fig. 2 eine Unteransicht auf eine kombinierte Steuer- und Längsmitnahmeeinrichtung mit Dämfpungsmitteln gemäß Fig. 1.

Bei einer in axialer Richtung beweglichen Achsanordnung 1 werden gemäß den Fig. 1 und 2 die beiden um ihre Hochachse radial einstellbaren Radsätze 2 und 3 an einem Fahrzeugkasten 4 oder Fahrwerkrahmen 5 eines schnellfahrenden Schienenfahrzeuges achslenkerlos mittels einer kombinierten Steuer- und Längsmitnahmeeinrichtung 6 geführt, die außer einer an dem Fahrzeugkasten 4 oder dem Fahrwerkrahmen 5 angeordneten kastenseitigen Zwangssteuereinrichtung 7 bzw. 7′ auch eine Längsmitnahmeeinrichtung 8 mit Dämpfungselementen 9 bzw. 9′ aufweist.

Bei einem Radsatz-Doppelfahrwerk stützt sich beispielsweise der Fahrwerkrahmen 5 auf den Radsätzen 2 und 3 pro Achslagerstelle 10 bzw. 10′ in bekannter Weise über je eine Primärfederung 11 bzw. 11′ ab, die vorzugsweise aus je einem Stahl-Schraubenfedersatz 12 bzw. 12′ und einem dazu in Reihe geschalteten Gummifederelement 13 bzw. 13′ besteht.

Im Falle eines zweiachsigen Schienenfahrzeuges besteht eine weitere Ausbildungsform darin, daß sich der Fahrzeugkasten 4 direkt auf der Federung 1 bzw. 11′ abstützt, die dann beispielsweise aus je einer Luftfeder und einem dazu in Reihe geschalteten Gummifederelement bestehen kann.

Die beiden Achslagerstellen 10 und 10′ einer Längsseite sind untereinander über je eine horizontale liegende Zwangssteuereinrichtung 7 bzw. 7′ gekoppelt und in je einem am Fahrwerkrahmen 5 angeordneten Festpunkt 14 bzw. 15′ verschwenkbar. Hierzu ist an jedem vertikalen Festpunkt 14 bzw. 14′ über das gummielastische Lager 15 ein T-förmiger Hebel 16 bzw. 16′ horizontal drehbar gelagert. An den beiden kurzen, quergerichteten Enden 17 bzw. 17′ des T- förmigen Hebels 16 bzw. 16′ ist, in gummielastischen Lagern 15 drehbar, je ein Querfederstab 19 bzw. 19′ angeordnet, dessen anderes Ende starr mit der jeweiligen Achslagerstelle 10 bzw. 10′ verbunden ist.

Die T-förmigen Hebel 16 und 16′ sind an ihrem in Längsrichtung zeigenden Arm 18 bzw. 18′ über die gummielastischen Lager 15 mit je einem quergerichteten Zwischenhebel 20 bzw. 20′ drehbar verbunden, durch den die Zwangssteuereinrichtung 7 bzw. 7′ mit der Steuer- und Längsmitnahmeeinrichtung 6 gekoppelt ist. Hierzu weist diese je einen horizontal liegenden Winkelhebel 21 bzw. 21′ auf, der in einem vertikalen Festpunkt 24 bzw. 24′ am Fahrwerkrahmen 5 in dem gummielastischen Lager 15 drehbar angeordnet ist.

Die beiden Winkelhebel 21 und 21′ sind an ihren in Längsrichtung zeigenden Schenkeln 22 bzw. 22′ an einem außenliegenden Drehpunkt 27 bzw. 27′ über das gummielastische Lager 15 drehbar mit einer Spurstange 25 untereinander verbunden. Weiter ist je ein innenliegender Drehpunkt 26 bzw. 26′ an den in Längsrichtung zeigenden Schenkeln 22 bzw. 22′, über die gummielastischen Lager 15 drehbar, mit je einem Zwischenhebel 20, 20′ der Zwangssteuereinrichtung 7, 7′ verbunden.

Außerdem sind die beiden Winkelhebel 21 und 21′ an ihren quergerichteten Schenkeln 23 bzw. 23′ an einem innenliegenden Drehpunkt 28 bzw. 28′ über das gummielastische Lager 15 drehbar mit je einem Längslenker 31 bzw. 31′ verbunden, dessen anderes Ende über die gummielastischen Lager 15 drehbar an einem Festpunkt 30 bzw. 30′ des Fahrzeugkastens 4 angeordnet ist. Weiter ist je ein außenliegender Drehpunkt 29 bzw. 29′ der quergerichteten Schenkel 23 und 23′ der Winkelhebel 21 bzw. 21′ über die gummielastischen Lager 15 drehbar mit je einem Dämpfungselement 9 bzw. 9′ verbunden, dessen anderes Ende über das gummielastische Lager 15 drehbar an einem Festpunkt 32 bzw 32′ des Fahrwerkrahmens 5 angeordnet ist.

Die kombinierte Steuer- und Längsmitnahmeeinrichtung 6 gemäß den Fig. 1 und 2 wird bei einem vorlaufenden Radsatz-Doppelfahrwerk in der gezeigten Einbausituation infolge Bogenfahrt durch das Ausdrehen eines Fahrzeugkastens 4 in Pfeilrichtung gegenüber einem Fahrwerkrahmen 5 in Tätigkeit gesetzt, indem die Ausdrehbewegung durch die Längslenker 31 bzw. 31′ in jeweils entgegengesetzter Richtung auf die innenliegenden Drehpunkte 28 bzw. 28′ der Winkelhebel 21 bzw. 21′ der Längsmitnahmeeinrichtung 8 übertragen wird. Die Winkelhebel 21 und 21′ vollziehen hierbei eine gleichsinnige Drehbewegung um ihren jeweiligen vertikalen Festpunkt 24 bzw. 24′ am Fahrwerkrahmen 5, die der Richtung der Ausdrehbewegung zwischen Fahrzeugkasten 4 und Fahrwerkrahmen 5 entspricht. Hierbei bewegen sich die in Längsrichtung zeigenden Schenkel 22 und 22′ der Winkelhebel 21 bzw. 21′ im gleichen Drehsinn und sind durch die an ihren außenliegenden Drehpunkten 27 bzw. 27′ angeordnete Spurstange 25 parallelogrammartig miteinander verbunden.

Durch die mit einer Übersetzung an den außenliegenden Drehpunkten 29 und 29′ der quergerichteten Schenkel 23 bzw. 23′ der Winkelhebel 21 bzw. 21′ angeordneten Dämpfungselemente 9 bzw. 9′ werden die kleinen dynamischen Ausdrehbewegungen, wie sie beispielsweise infolge Sinuslauf entstehen, wirksam gedämpft. Die erfindungsgemäße Anordnung der Dämpfungselemente 9 und 9′ zwischen der Längsmitnahmeeinrichtung 8 und dem Fahrwerkrahmen 5 bewirkt außerdem die Entkoppelung von den zwischen Fahrwerkrahmen 5 und Fahrzeugkasten 4 stattfindenden Längs- und Querbewegungen. Hierdurch werden nicht zuletzt auch die Ausdrehwinkel für die gummielastischen Elemente 15 auf ein dauerhaft verträgliches Maß reduziert.

Die Ausdrehbewegung der Längsmitnahmeeinrichtung 8 wird durch die beiden quergerichteten Zwischenhebel 20 und 20′ auf die T-förmigen Hebel 16 bzw. 16′ der Zwangssteuereinrichtung 7 bzw. 7′ einer jeden Fahrwerklängsseite übertragen.

Durch die an den Winkelhebeln 21 und 21′ mit einer Untersetzung an den innenliegenden Drehpunkten 26 bzw. 26′ der in Längsrichtung zeigenden Schenkel 22 bzw. 22′ angeordneten Zwischenhebel 20 bzw. 20′ wird die Ausdrehbewegung für die gummielastischen Lager 15 der Zwangssteuereinrichtung 7 bzw. 7′ auf ein dauerhaft verträgliches Maß reduziert.

Dabei werden die T-förmigen Hebel 16 und 16′ der Zwangssteuereinrichtung 7 bzw. 7′ entgegen der Drehrichtung der Winkelhebel 21 bzw. 21′ ausgedreht. Dies ergibt durch die gezeigte Anordnung der Querfederstäbe 19 und 19′ an den quergerichteten Enden 17 bzw. 17′ der T-förmigen Hebel 16 bzw. 16′ auf der bogenäußeren Seite ein Auseinanderdrücken der Achslagerstellen 10 bei einem gleichzeitigen Zusammenziehen der Achslagerstellen 10′ auf der bogeninneren Seite, wodurch die Radsätze 2 und 3 radial auf den Kurvenmittelpunkt hin ausgerichtet werden.

Hierbei sind die Querfeldstäbe 19 und 19′ in Querrichtung gezielt als Biegefedern ausgebildet, jedoch im Bereich ihrer Befestigung an den Achslagerstellen 10 bzw. 10′ winkelsteif über diese mit den Radsätzen 2 und 3 verbunden. Durch diese spezielle Ausbildung erfolgt die Führung der Radsätze 2 und 3 in Längs- und Querrichtung achslenkerlos und einzig über die Querfederstäbe 19 bzw. 19′, die parallel zur Primärfederung 11 bzw. 11′ geschaltet sind. Derart ausgebildete Querfederstäbe 19 und 19′ erlauben unter Berücksichtigung der Primärfederung 11 bzw. 11′ die einfache Realisation jeder gewünschten Querfedersteifigkeit sowie großer Querfederwege für die Radsätze 2 und 3.

Im Falle eines zweiachsigen Schienenfahrzeuges wird die kombinierte Steuer- und Längsmitnahmeeinrichtung 6 gemäß den Fig. 1 und 2 durch den bei Bogenfahrt zwischen den Fahrzeugen auftretenden Knickwinkel wie zuvor beschrieben in Tätigkeit gesetzt.

Claims (9)

1. Achsanordnung mit zwei radial einstellbaren Radsätzen, die am Fahrzeugkasten oder Fahrwerkrahmen eines schnellfahrenden Schienenfahrzeuges mittels einer Steuereinrichtung geführt und in Achslagerstellen abgestützt sind, welche Längsmitnahme- und Dämpfungselemente aufweist, gekennzeichnet durch die Kombination einer Zwangssteuereinrichtung (7 bzw. 7′), welche Mittel (Querfederstab 19 bzw. 19′) für die achslenkerlose Führung und die axiale Beweglichkeit der beiden Radsätze (2 und 3) aufweist, und mit einer Steuer- und Längsmitnahmeeinrichtung (6) und mindestens einem Dämpfungselement (9 bzw. 9′) ausgerüstet ist.

2. Achsanordnung Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Achslagerstellen (10 und 10′) einer Längsseite untereinander über je eine horizontalliegende Zwangssteuereinrichtung (7 bzw. 7′) gekoppelt sind, die in je einem an einem Fahrwerkrahmen (5) angeordneten Festpunkt (14 bzw. 14′) verschwenkbar ist.

3. Achsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem vertikalen Festpunkt (14 bzw. 14′) ein T-förmiger Hebel (16 bzw. 16′) drehbar gelagert und mit seinen quergerichteten Enden (17 bzw. 17′) über je einen Querfederstab (19 bzw. 19′) mit den jeweiligen Achslagerstellen (10 bzw. 10′) verbunden ist.

4. Achsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein jeder Querfederstab (19 bzw. 19′) in Querrichtung als Biegefeder ausgebildet und im Bereich seiner Befestigung an den Achslagerstellen (10 bzw. 10′) winkelsteif über diese mit den Radsätzen (2 bzw. 3) verbunden ist.

5. Achsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder T-förmige Hebel (16 bzw. 16′) an seinem in Längsrichtung zeigenden Arm (18 bzw. 18′) verschwenkbar über einen quergerichteten Zwischenhebel (20 bzw. 20′) mit Steuer- und Längsmitnahmeeinrichtung (6) gekoppelt ist.

6. Achsanordnung nach einem der Ansprüchje 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Längsmitnahmeeinrichtung (6) mit je einem Winkelhebel (21 bzw. 21′) versehen ist, der an seinem in Längsrichtung zeigenden Schenkel (22 bzw. 22′) einen innenliegenden Drehpunkt (26 bzw. 26′) aufweist, an dem ein quergerichteter Zwischenhebel (20 bzw. 20′) verschwenkbar gelagert ist.

7. Achsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Längsmitnahmeeinrichtung (6) aus zwei horizontal am Fahrwerkrahmen (5) an vertikalen Festpunkten (14 bzw.14′) angeordneten Winkelhebeln (21 und 21′) besteht, die an ihren in Längsrichtung zeigenden Schenkeln (22 bzw. 22′) an einem außenliegenden Drehpunkt (27 bzw. 27′) mit einer Spurstange (25) untereinander verbunden sind.

8. Achsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelhebel (21 bzw. 21′) an ihren quergerichteten Schenkeln (23 bzw. 23′) an einem innenliegenden Drehpunkt (28 bzw. 28′) mit je einem Längslenker (31 bzw. 31′) verbunden sind, dessen anderes Ende drehbar an einem Festpunkt (30 bzw. 30′) des Fahrzeugkastens (4) angeordnet ist.

9. Achsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelhebel (21 und 21′) an ihren quergerichteten Schenkel (23 bzw. 23′) an einem außenliegenden Drehpunkt (29 bzw. 29′) mit je einem Dämpfungselement (9 bzw. 9′) verbunden sind, dessen anderes Ende drehbar an einem Festpunkt (32 bzw. 32′) des Fahrwerkrahmens (5) angeordnet ist.