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Die Erfindung betrifft eine Achslageraufhängung zur Montage
von Achsen eines Schienenfahrzeugs an seinem
Fahrgestellrahmen gemäß dem einleitenden Teil von Anspruch 1.
Beschreibung des Standes der Technik
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Eine Achslageraufhängung vom Achsverankerungsstangen-Typ zum
Montieren der Achse eines Schienenfahrzeugs an einem
Fahrgestellrahmen ist beispielsweise in den japanischen
Patentoffenlegungsschriften Nr. 58-63568 und Nr. 58-118447 bereits
offenbart. Die Fig. 8 und 9 zeigen dieses herkömmliche
Beispiel. In den Zeichnungen bezeichnet die Bezugsziffer 13 ein
Rad, das an derselben Achse 1 wie ein (nicht gezeigtes) Rad
montiert ist, das an der gegenüberliegenden Seite des
Fahrzeugs vorgesehen ist. Derartige zwei Achsen sind in den
Bereichen beider Enden eines Fahrgestellrahmens 12 angebracht,
wodurch ein Fahrgestell geschaffen wird. Die Bezugsziffer 3
bezeichnet ein Achslager 3, das ein Lager 2 usw. der Achse 1
enthält. Das Achslager 3 ist in der Zeichnung rechts mit
einer Achsverankerungsstange 3' versehen, die integral mit dem
Achslager ausgebildet ist und drehbar gleitend durch einen
Stift 8' getragen ist, der mit einem elastischen Element 7a
am Fahrgestellrahmen 12 angebracht ist. An die in der
Zeichnung linken Seite des Achslagers 3 ist ein Ende eines Gelenks
11 durch einen Stift 10 angeschlossen, und das andere Ende
des Gelenks 11 ist durch ein elastisches Element 7b mit dem
Fahrgestellrahmen 12 verbunden. Die Bezugsziffer 6 bezeichnet
eine Achsfeder, die relative Aufwärts- und Abwärtsbewegungen
zwischen dem Fahrgestellrahmen 12 und der Achse 1 puffert.
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Bei dieser Achslageraufhängung werden die zwischen dem
Fahrgestellrahmen 12 und dem Rad 13 auftretenden Aufwärts- und
Abwärtsschwingungen durch ein rotierendes Gleiten der Stifte
8' und 10 zugelassen.
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Die in den Fig. 10 und 11 gezeigte Achslageraufhängung vom
Achsverankerungsstangen-Typ beseitigt einen Gleitbereich, bei
dem die Achsverankerungsstange 3' mit dem Fahrgestellrahmen
12 durch einen Stift 8' verbunden ist, der mit einem
elastischen Element 7a umwickelt ist. Da die Achsverankerungsstange
3' ein freitragender Träger ist, müssen zwei Sätze von
elastischen Elementen 7a und Stiften 8' vorgesehen sein, wie in
Fig. 11 gezeigt, um einer in Achsrichtung angelegten externen
Kraft widerstehen zu können.
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Um außerdem die Verringerung einer Radlast (oder einer
Entgleisung, die im finalen Stadium der Verringerung auftritt)
aufgrund einer externen Kraft in einer Achsrichtung und einer
Schienenspurunregelmäßigkeit zu verhindern, ist ein
lagertragendes elastisches Element 7c zwischen ein Lager 2, das
Achslager 3 und einen Lagerhalter 5 gewickelt.
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Die für neueste Schienenfahrzeuge erforderliche
Leistungsfähigkeit umfaßt die Leistungsfähigkeit für eine
Hochgeschwindigkeitsfahrt, eine problemlose Wartbarkeit und eine
Verminderung des Fahrzeuggewichts, um eine Beschädigung der
Schienen zu vermindern usw..
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Wie durch das herkömmliche Beispiel in den Fig. 8 und 9 gemäß
dem Stand der Technik dargestellt, wird jedoch dann, wenn
sich das Fahrzeug in der antriebslosen Phase befindet, das
Absorptionsvermögen einer Schwingung in der Achsrichtung des
Fahrzeugs aufgrund von Gleitvorgängen und Spalten zwischen
dem Stift 8' und dem elastischen Element 7a, zwischen dem
Stift 8' und dem Fahrgestellrahmen 12 und zwischen dem Stift
10 und dem Gelenk 11 verschlechtert, so daß die
Fahrstabilität des Fahrzeugs vermindert und die Fahrfähigkeit bei hoher
Geschwindigkeit ebenfalls stark vermindert wird. Außerdem
treten weitere Probleme auf, wie beispielsweise eine
Verschlechterung der Fahrfähigkeit des Fahrzeugs aufgrund einer
Abnutzung durch Alterung der Gleitbereiche und der
Spaltbereiche sowie eine komplizierte Wartung aufgrund eines
Schmiervorgangs und eines Ersetzens von Bestandteilen dieser
Bereiche.
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Andererseits sind bei dem in den Fig. 10 und 11 gezeigten
herkömmlichen Beispiel keine Gleitvorgänge und Spalte in der
Achslageraufhängung vorgesehen; seine Achsverankerungsstange
hat jedoch eine größere Abmessung und ein größeres Gewicht
und benötigt deshalb einen größeren Montageraum. Wie außerdem
in der Schnittansicht der Achsverankerungsstange 3' in Fig.
12 gezeigt, ist die Torsionssteifigkeit zwischen der
Achsverankerungsstange 3' und dem Fahrgestellrahmen 12 groß, weil
die Achsverankerungsstange 3' eine große Torsionssteifigkeit
in einer Drehrichtung I (d.h. in einer Fahrrichtung) und
einen weiten Zwischenraum in der Achsrichtung des elastischen
Elements 7a hat. Es ist deshalb erforderlich, das elastische
Element 7c außerdem am Lager 2 vorzusehen, um die
Verringerung der Radlast (oder die Entgleisung) zu verhindern, die
möglicherweise veranlaßt wird, wenn die Spur aufgrund der
Unregelmäßigkeit der Spur oder einer Verringerung der
Überhöhung (der Höhendifferenz zwischen einer innenliegenden
Schiene und einer außenliegenden Schiene in einer Kurve)
verwunden wird, wodurch Probleme, wie beispielsweise ein
komplizierter Aufbau und eine Gewichtszunahme des Achslagers 3
verursacht werden.
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Eine Achslageraufhängung mit den Merkmalen des einleitenden
Teils von Anspruch 1 ist bereits in der DE-A 1 150 403
offenbart. Die Torsionssteifigkeit des zweiten elastischen
Elements axial zur Fahrrichtung des zweiten Fahrzeugs ist jedoch
nicht ausreichend kleiner als die zusammengesetzte
Torsionssteif igkeit der Achsverankerungsstange und des ersten
elastischen Elements in derselben Richtung.
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Diese Erfindung ist gemacht worden, um die vorstehend
genannten Probleme des Standes der Technik zu lösen, und eine
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine leichtgewichtige
Achslageraufhängung zu schaffen, die eine hohe Fahrstabilität bei
hoher Geschwindigkeit hat und eine verminderte Wartungsarbeit
erfordert.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind
in den Ansprüchen 2 und 3 gekennzeichnet.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorteilhafterweise eine
Achslageraufhängung für ein Schienenfahrzeug geschaffen,
umfassend ein Achslagergehäuse, das integral an einer Seite des
Achslagers mit einer Achsverankerungsstange und an der
anderen Seite eines Tragarms ausgebildet ist, und eine Achsfeder,
die im Eingriff zwischen dem Achslagergehäuse und dem
Fahrgestellrahmen steht, wobei die Achsverankerungsstange integral
mit dem Fahrgestellrahmen durch ein erstes elastisches
Element verbunden ist, wobei der Tragarm mit dem
Fahrgestellrahmen durch ein zweites elastisches Element derart verbunden
ist, daß die Torsionssteifigkeit des zweiten elastischen
Elements axial betrachtet ausreichend kleiner ist als die
zusammengesetzte Torsionssteifigkeit der Achsverankerungsstange
und des ersten elastischen Elements in derselben Richtung.
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Das Achslagergehäuse ist integral mit dem Achslager und der
Achsverankerungsstange ausgebildet und an dem
Fahrgestellrahmen durch das elastische Element derart angebracht, daß kein
Gleiten und Spalt auftritt.
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Die relative Vertikalbewegung zwischen der Achse und dem
Fahrgestellrahmen, die äquivalent zu einer Schwenkbewegung
des Achslagergehäuses um die Welle ist, wird durch die
Verformung des elastischen Elements zugelassen, das zwischen der
Achsverankerungsstange und dem Fahrgestellrahmen vorgesehen
ist.
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Da die Achsverankerungsstange ein Verwinden in der
Fahrrichtung des Fahrzeugs zuläßt und in Reihe zu der
Torsionssteifigkeit des elastischen Elements geschaltet ist, wird die
zusammengesetzte Torsionssteifigkeit zwischen dem
Achslagergehäuse
und dem Fahrgestellrahmen reduziert, wodurch die
relative Rollverstellung zwischen der Achse und dem
Fahrgestellrahmen problemlos zugelassen werden kann, so daß das
Achslager und die Achse den in Längsrichtung verlaufenden,
seitlichen und vertikalen Schwingungen zwischen der Achse und dem
Fahrgestellrahmen als ganzes folgen kann, ohne daß ein
Klapperphänomen auftritt.
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Weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung lassen sich aus
der folgenden Beschreibung und den anliegenden Ansprüchen in
Verbindung mit den Zeichnungen besser verstehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 zeigt eine Vorderansicht einer Achslageraufhängung
gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung;
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Fig. 2 bis 4 zeigen Querschnittsansichten von Beispielen der
Querschnittsformen einer Achsverankerungsstange entlang der
Linie B-B von Fig. 1;
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Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie A'-A'
von Fig. 1;
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Fig. 6 zeigt eine Vorderansicht der zweiten Ausführungsform
der Erfindung, wobei das zweite elastische Element eingesetzt
wird;
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Fig. 7 zeigt eine Aufsicht einer dritten Ausführungsform der
Erfindung, wobei das zweite elastische Element eingesetzt
wird;
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Fig. 8 und 9 zeigen Ansichten eines herkömmlichen Beispiels
einer Achslageraufhängung, wobei Fig. 8 eine Vorderansicht
und Fig. 9 eine Schnittansicht entlang der Linie J-J von Fig.
8 zeigt;
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Fig. 10 und 11 zeigen die Ansicht eines weiteren
herkömmlichen Beispiels, wobei Fig. 10 eine Vorderansicht und Fig. 11
eine Aufsicht zeigt; und
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Fig. 12 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie H-H
von Fig. 10.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die Fig. 2 bis 4 zeigen Beispiele der Querschnittsansichten
einer Achsverankerungsstange 3'. Demnach kann die
Torsionssteifigkeit der Achsverankerungsstange 3' durch ein
geeignetes Einstellen der Querschnittsgestalt der
Achsverankerungsstange 3' ausgewählt werden.
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Die Fig. 1 und 5 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung.
Das Achslager dieser Ausführungsform ist mit einem zweiten
elastischen Element 9 versehen. Ein Achslager 3, das die
Achse 1 mit einem Rad 13 trägt, ist mit einer
Achsverankerungsstange 3' und einem Tragarm 3" versehen, der in
Längsrichtung einer Fahrrichtung C eines Fahrgestellrahmens 12
verläuft, um ein Achslagergehäuse 4 auszubilden. Die
Achsverankerungsstange 3' ist an einen
Achsverankerungsstange-Tragebereich des Fahrgestellrahmens 12 mittels eines ersten
elastischen Elements 7' und einer Welle 8 wellengekoppelt, und
der Tragarm 3" ist an den Tragebereich des Fahrgestellrahmens
12 derart gekoppelt, daß zwei elastische Elemente 9
dazwischen gehalten werden.
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Das erste elastische Element 7' ist an die Welle 8' geklebt,
während das zweite elastische Element 9 in einer laminierten
Schichtstruktur derart ausgebildet ist, daß seine Steifigkeit
in einer Richtung F entsprechend einer Scherrichtung
reduziert werden kann. Die Achse 1 kann dadurch vertikale
Relativbewegungen in einer Richtung E in den Zeichnungen
gegenüber dem Fahrgestellrahmen durch das Achslagergehäuse 4
ausführen.
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Das erste elastische Element 7' überträgt eine Antriebskraft
und eine Bremskraft in eine Richtung C (die der Fahrrichtung
des Fahrzeugs entspricht) und eine seitlich gerichtete Kraft
in der Richtung D (die der Achsrichtung entspricht) von der
Achse 1 zu dem Fahrgestellrahmen 12 durch das Achslager 3 und
die Achsverankerungsstange 3', während das zweite elastische
Element 9 hauptsächlich die seitliche Kraft in der Richtung D
überträgt.
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Da das zweite elastische Element 9 in einer laminierten
Schichtstruktur ausgebildet ist, kann es hauptsächlich einer
in einer Richtung D angelegten Kraft widerstehen, und die
Steifigkeit in der vertikalen Richtung ist kleiner als
diejenige der Achsfeder 6 in einer Richtung F.
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Da die Torsionssteifigkeiten des ersten elastischen Elements
7' und der Achsverankerungsstange 3' in dieser
Ausführungsform in Reihe geschaltet sind, wird die zusammengesetzte
Torsionssteifigkeit K der Achsverankerungsstange 3' und des
ersten elastischen Elements 7 aus der Formel 1/k = 1//K1 + 1/K2
erhalten, und die zusammengesetzte Torsionssteifigkeit wird
auf einen Wert kleiner K1 und K2 reduziert.
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Die Torsionssteifigkeit des zweiten elastischen Elements 9,
das durch den Tragarm 3" an dem anderen Ende des
Achslagergehäuses 4 getragen wird, verläuft dynamisch parallel zu K.
Wenn die Torsionssteifigkeit mit K3 bezeichnet wird, wird die
gesamte Torsionssteifigkeit zwischen dem Achslagergehäuse 4
und dem Fahrgestellrahmen 12, d.h. die gesamte
Torsionssteifigkeit Kt zwischen der Achse 1 und dem Fahrgestellrahmen 12
Kt = K + K3. Da die Beziehung K » K3 durch Ausbilden der
Struktur des zweiten elastischen Elements als laminierte
Schichtstruktur erhalten werden kann, kann K3 ignoriert
werden, so daß die gesamte Torsionssteifigkeit Kt zwischen der
Achse 1 und dem Fahrgestellrahmen 12 Kt = K und der Einfluß
des zweiten elastischen Elements 9 auf die Torsionssteif
igkeit auf einen sehr kleinen Wert reduziert wird.
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Wie vorstehend beschrieben, kann bei dieser Ausführungsform
die zusammengesetzte Torsionssteifigkeit reduziert werden.
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Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei
der ein zweites elastisches Element angewendet wird. Eine
Achsfeder 6 ist in Eingriff zwischen dem Fahrgestellrahmen 12
und einem Achslager 3 gebracht. Der übrige Aufbau ist
derselbe wie bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform.
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Fig. 7 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung. Ein
zweites elastisches Element 9, das zwischen einem
Fahrgestellrahmen 12 und einem Achstragarm 3" angeordnet ist, wird
als ein Satz verwendet, und der übrige Aufbau ist derselbe
wie bei der vorstehend genannten Ausführungsform in Fig. 1.
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Zusammenfassend wird eine Achslageraufhängung mit einer
Achsfeder geschaffen, wobei das Achslagergehäuse durch Vorsehen
einer Achsverankerungsstange an einem Ende des Achslagers
ausgebildet wird, und wobei die Achsverankerungsstange an den
Fahrgestellrahmen durch ein elastisches Element
wellengekoppelt wird, so daß eine in Längsrichtung, seitlich und
vertikal verlaufende Schwenkbewegung zwischen der Achse und dem
Fahrgestellrahmen durch Verformen des elastischen Elements
und der Achsverankerungsstange klapperfrei möglich wird,
wodurch die Fahrstabilität des Fahrzeugs stark verbessert wird.
Da außerdem die Achslageraufhängung keine Gleitvorgänge und
Spalte hat, werden eine Abnutzung und Beschädigung aufgrund
langjährigen Betriebs ausgeschlossen, wodurch ein Ersatz von
Bestandteilen entfällt und eine Wartung der Aufhängung stark
erleichtert wird. Außerdem ergeben sich besondere Vorteile,
wie ein vereinfachter Aufbau, eine platzsparende Anordnung
der gesamten Achslageraufhängung und eine Verminderung ihres
Gewichts.