DE9302772U1 - Kleinraddrehgestell mit selbst-steuernden Radsätzen für Schienenfahrzeuge - Google Patents

Description

Beschreibung Kleinrad-Drehgestel1 mit se lbst-steuernden Radsätzen

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Drehgestell für Fahrzeuge des öffentlichen Personennahverkehrs, insbesondere Niederflurwagen mit Radsätzen mit Rädern kleinen Durchmessers, das nach dem Scheffelprinzip einen Se lbst-steuereffekt erzielt, sowie eine Umkehr der Elemente Drehlager und Sekundärfeder. Diese Erfindung bezieht sich außerdem auf einen Antrieb der Radsätze durch je zwei Magnetmotor-Tat &zgr; lagerantriebe, die außerhalb der Radebenen angeordnet sind, sowie die Montage der Antriebe.

Die Radsätze bekannter Kleinraddrehgestelle sind seitenverschieblich und/oder längsverschieblich gelagert. Durch den kleinen Raddurchmesser ist es nicht möglich, ein Abirren des Radsatzes in einer Fahrflächenlücke, beispielsweise bei Doppelkreuzungsweichen oder langgestreckten Bogenweichen zu verme iden.

Durch das Abrollen der Räder entsteht durch den auftretenden Quer- und Längsschlupf vor allem bei Bogenfahrt Verschleiß. Dieser sollte minimiert werden. Großraddrehgestelle für Niederflurfahrzeuge verwenden Losräder oder Einze1rad-Einzelachs-Fahrwerke, die durch das Fehlen der Radsatzwelle und der damit verbundenen Drehmoment-Drehzahl-Kopplung und des Wellenlaufs zu aus der Praxis erwiesenem hohem Verschleiß und schlechtem Spurführungsverhalten führen. Der Drehmomentenausgleich zwischen den beiden Rädern eines Fahrwerks wird damit nicht erreicht und dies führt zu Schleuder- und Gleitvorgängen.

Bei bisherigen Drehgestellen ist der Wiegenquerträger auf der Sekundärfederung angeordnet und trägt das Drehlager (Drehkranz oder Drehpfanne). Die Gewichtskräfte werden wagenkastenseitig über einen Querträger zum Drehlager und von dort aus über den Wiegenträger zu den Sekundärfedern übertragen.

Der Bauaufwand für zwei Querträger --im Wagenkasten und im Drehgestell-- ist groß, die Querträger sind platzraubend und erhöhen das Gewicht. Diese Anordnung erlaubt nur mit großem Aufwand die Zugkraftübertragung des Drehgestells auf den Wagen in Form einer Tiefanlenkung, die zu geringen Radentlastungen und damit zu gutem Traktionsverhalten führt.

Bei den bekannten Niederflurfahrwerken werden Kleinraddrehgestelle nur ohne Antrieb verwendet. Für den Antrieb werden zusätzliche Großraddrehgestelle verwendet. Dies ermöglicht nicht die Absenkung der Fußbodenhöhe des Wagenkastens auf der ganzen Länge aufgrund der Bauhöhe der zwischen den Rädern angeordneten Motoren und der Höhe der Radsatzwelle über Schienenoberkante. Die Elektromotoren der bisherigen Drehgestelle sind nur nach Ausbau der Drehgestelle demontierbar. Dies ist zeitaufwendig .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Drehgestell in bezug auf das Verschleißverhalten und die Spurführung zu verbessern, es so auszuführen, daß ein Antrieb und eine Bremse leicht montierbar sind, es gewichtssparend ist und der Anbau einer Tiefanlenkung leicht möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung die Anwendung des Scheffelprinzips auf die Kleinrad-Technik. Das Scheffelprinzip ist an sich bekannt und bei Großrad-Laufwerken erfolgreich angewendet worden, zB. bei der U-Bahn Wien. (K. Riessberger in Glasers Annalen Nr. 6/1992 S. 172)

Erfindungsgemäß werden die Radsatzlager der Kleinradradsätze so, unter Zwischenschaltung einer Primärfederung und eines Schwenkrahmens, der in der Nähe der Radsatzmitte im Drehgeste 1 lhaupt rahmen drehbar gelagert ist, verbunden, daß ein Schwenken um die Hochachse möglich ist. Da die Schwenkrahmen sich über Primärfedern auf die Radsatzlagergehäuse abstützen, gehört die gesamte Einheit aus den zwei Schwenkrahmen und dem Drehgeste 1lhauptrahmen zur abgefederten Masse, was die Federungseigenschaften eines Kleinraddrehgestells bewahrt.

Nach einer zweiten möglichen Konstruktionsvafiance kann auf den Schwenkrahmen und dessen Lager verzichtet werden. Die Radsatzlager werden hier unmittelbar unter dem Drehgestellhauptrahmen mit Primärfederelementen (zB. Gummi-Schicht federn) abgestützt, deren Elastizität in Längsrichtung eine Schwenkbewegung des Radsatzes erlaubt, in Querrichtung eine sichere Führung mit einer sinnvollen Quer-Federrate gewährleistet.

Nach dem Scheffelprinzip müssen die Schwenkbewegungen beider Radsätze des Drehgestells miteinander gekoppelt werden. Dazu werden die Radsatzlager der beiden Drehgeste 11 sei ten über Zug-Druckstangen und einen Umlenkhebel, der am Drehgestellhauptrahmen gelagert ist, so miteinander verbunden, daß sich die Schwenkbewegungen des einen Radsatzes auf den anderen Radsatz übertragen. Dies geschieht bei Bogenfahrt dadurch, daß sich das vorlaufende Radsatzlager bogeninnenseitig nach hinten, bogenaußenseitig nach vorne bewegt und diese Bewegung so auf den nachlaufenden Radsatz übertragen wird, daß sich das bogeninnenseitige Rad relativ zur Fahrtrichtung nach vorne bewegt, das bogenaußenseitige Rad relativ zur Fahrtrichtung nach hinten (Scheffelprinzip). Die Radsatzmittellinien stellen sich dabei so ein, daß die Drehgestell-Querachse die Winkelhalbierende des Winkels, den die Radsatzmittellinien bilden, ist.

Damit kann eine nahezu radiale Einstellung der Radsätze erreicht werden. Durch die Lenkbewegung der Radsätze und die gegenseitige Stabilisierung der Radsätze ist es möglich, die Räder über Fahrflächenlücken sicher zu führen und den Querschlupf bei Bogenfahrt deutlich zu verringern. Die Verringerung des Querschlupfes führt zu erheblich weniger Verschleiß, als dies bei bisherigen Konstruktionen möglich war.

Der Drehgestellhauptrahmen trägt das Drehlager, welches die Ausdrehbewegung und die Abstützung des Drehgestellquerträgers übernimmt. Der Drehgeste 11-Querträger trägt in der Nähe der Außenwände des Wagenkastens die beiden Sekundärfedern, die das Gewicht des Wagenkastens tragen.

Während bei anderen Konstruktionen der Drehgestellquerträger aus federungstechnischer Sicht der Masse des Wagenkastens zuzurechnen ist, ist er erfindungsgemäß der Masse der Hauptrahmen-Schwenkrahmeneinheit zuzurechnen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung kann ein wagenkastenseitiger Querträger entfallen, da das Biegemoment wagenkastenseitig nicht zur Drehgestellmitte übertragen werden muß. Durch diese Tatsache werden das Gewicht und die Bauhöhe im kritischen Bereich Drehgestellmitte erniedrigt.

Der Drehgestellquerträger läßt sich im Drehlager nur um die Hochachse gegenüber dem Drehgestellhauptrahmen verdrehen. Um die Querachse dagegen ist die Verbindung Drehgestellhauptrahmen und Querträger steif. Zur Übertragung der Zug- und Bremskräfte vom Drehgestell auf den Wagenkasten können am Drehgeste 1lquerträger Zug-Druckstangen in solcher Höhe und Winkel angeordnet werden, daß die Zug- und Bremskräfte kein Moment um die Drehgestell-Querachse in Radauf Standspunkthöhe hervorrufen. Durch die so realisierte Tiefanlenkung des Drehgestells wird die Trakt ions leistung aufgrund gleich guter Kraftschlußverhältnisse beider Radsätze verbessert.

Pro Radsatz werden zwei Antriebs-Bremseinheiten verwendet, die außerhalb der Räder angeordnet sind. Ein Magnetmotor kleinen Bauvolumens und geringen Gewichts treibt über ein Getriebe eine Hohlwelle an, die mit dem Radsatzwellenschenkel über ein Vielnutprofi1 drehsteif verbunden ist. Das Vielnutprofi1 der Radsatzwellenschenkel dient auch der Befestigung der Bremsscheibe. Der Getriebekasten stützt sich in Form eines Tatzlagerantriebes auf die Hohlwelle radsatzseitig und, mit Hilfe von federnden Elementen, auf den Schwenkrahmen ab. Am Getriebekasten sind der Motor und die Bremsbetätxgungselemente befestigt. Von besonderem Vorteil ist die Tatsache, daß sich sowohl die Bremsscheibe als auch die Einheit aus Motor, Getriebe, Bremsgeräten und Getriebekasten durch Lösen ihrer axialen Befestigung nach außen abziehen lassen und damit leicht demontierbar sind.

Durch die Anordnung von zwei Antriebs-Bremseinheiten pro Radsatz ist es möglich, die Torsionsmomentenbelastung des Radsatzes zwischen den beiden RadaufStandspunkten zu eliminieren oder zumindest zu reduzieren und damit das Gewicht und das Bauvolumen zu verringern. Die Kröpfung des Drehgestellquerträgers, das Wegfallen des wagenkastenseitigen Hauptquerträgers und die Anordnung der Antriebs-Bremseinheiten außerhalb der Räder ermöglichen in Verbindung mit der Absenkung der Radsatzwellen durch Räder kleinen Durchmessers die Absenkung des Wagenkastenmittelteils auf für Niederflurfahrzeuge typische Höhe.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich zwei Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnungen ausführlicher er läutert.

Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig.l eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Drehgestell in der Konstruktionsvariante 1

Fig.2 einen Schnitt in Richtung C-C durch den Gegenstand Fig.l Fig.3 einen Schnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand Fig.l Fig.4 einen vergrößerten Ausschnitt B als Schnitt aus dem Gegenstand Fig.l

Fig.5 eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Drehgestell

in der Konstruktionsvariante 2
Fig.6 zwei Schnitte in Richtung B-B und C-C durch den

Gegenstand Fig.5
Fig.7 einen Schnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand Fig.5

Das in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Drehgestell Variante ist als angetriebenes Laufwerk für Niederflur-Schienenfahrzeuge best immt.

Zum grundsätzlichen Aufbau gehören die Sekundärfedern 1, der Drehgestellquerträger 2, der Drehkranz 3, der die Ausdrehbewegung des Drehgestells gegenüber dem Wagenkasten übernimmt, die Tiefanlenkung 4, die die Zug- und Bremskraftübertragung zum Wagenkasten übernimmt, die Schwenkrahmen 5, der Drehgestellhauptrahmen 6 und die Antriebs-Bremseinheit 7.

Erfindungsgemäß ist der Drehgestellquerträger 2 gekröpft ausgeführt und stützt sich über den Drehkranz 3 auf dem Drehgestellhauptrahmen 6 ab. Die Schwenkrahmen 5 sind erfindungsgemäß im Drehgestellhauptrahmen 6 mit den Schwenk lagern 8 drehbar gelagert. An den Schwenkrahmen 5 mit sphärischen Gelenklagern spielfrei angelenkte Zug-Druck-Stangen 9 übertragen die Lenkbewegung über den im Drehgeste 1lhauptrahmen 6 gelagerten Umlenkhebel 10, so daß die Querachse des Drehgestells stets die Winkelhalbierende aus dem Winkel der Mittellinien der Kleinradradsätze 11 bildet. Die Zug-Druck-Stangen 9 sind in der Länge einste1lbar.

Die Kleinradradsätze 11 sind über die Radsat &zgr; lager, die Primärfedern 12 und die Schwinge 13 im Schwenkrahmen abgefedert. Die Antriebs-Bremseinheiten 7 stützen sich nach Art des Tatzlagerantriebs auf die Radsatzwellenschenkel 11 ab und sind am Schwenkrahmen 5 mit federnden Drehnmomentstützen 21 (zur Dämpfung von Antriebsstößen) aufgehängt.

Die Antriebs-Bremseinheiten 7 sind durch Lösen der axialen Sicherungen 14 zusammen mit der Bremsscheibe 15 demontierbar. Die drehmomentenübertragende Verbindung zwischen Getriebegroßrad 16 und dem Radsatzwellenschenkel 11 geschieht durch eine Hohlwelle als Nabe mit innerem Vielnutprofi1 17. Am Getriebegehäuse 18 sind der Magnetmotor 19 und die Bremsgeräte angebaut .

Das in den Figuren 5 bis 7 dargestellte Drehgestell der Variante 2 kann mit konventionellen Antriebsaggregaten zwischen den Rädern eines Radsatzes oder antriebslos (Laufgeste11) gebaut werden.

Der in den Figuren dargestellte konventionelle und billige Tatzlagerantrieb erlaubt allerdings keinen Niederflurfußboden über dem Triebdrehgestell, sodaß diese Lösung für sogenannte 2/3 Niederflurfahrzeuge geeignet ist.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung von Drehgestellquerträger, Drehlager und Sekundärfederung und aufgrund der kleinen Raddurchmesser wird jedoch eine deutlich geringere Bauhöhe als bei herkömmlichen Hochflur-Triebdrehgestellen möglich.

Mit den Sekundärfedern 201 trägt der Drehgestellquerträger den Wagenkasten und überträgt mit einer Tiefanlenkung 204 die Zug- und Bremskräfte. Er stützt sich seinerseits mit 2 Kegelrollenlagern 203 längs-steif auf dem Drehgestellrahmen 205 ab. Der Drehgestellrahmen in &EEgr;-Form setzt sich aus den schwanenhalsartig gekröpften Seitenwangen 206 und 2 Querträgern 207 und

208 zusammen. Eine mit diesen Querträgern verschraubte Brücke

209 nimmt das obere, einstellbare Kegelrollenlager 203 auf. Die Querträger besitzen torsionsweiche Querschnittsformen. Einer der beiden ist über Silentblock-Gelenke 210 biege-weich an die Seitenwangen angebunden. Daraus resultiert eine große Verwindungsfähigkeit des Drehgeste 11rahmens, sodaß Gleisunebenheiten sicher befahrbar sind.

Die Radsatzlager 213 der Kleinradsätze 211 sind über Primärfedern 212 im Drehgestellrahmen abgefedert. Neben ihrer vertikalen Federwirkung ist die in beiden horizontalen Richtungen bei dieser Drehgestell-Variante von Bedeutung. In Längsrichtung sollen sie die Lenkbewegung ohne höhere Rückstellmomente als wünschenswert ermöglichen. In Querrichtung sollen sie, --bei höherer Federsteifigkeit-- Spurführungsstöße absorbieren. Die hohe Querfedersteifigkeit gewährleistet einen in der Radsatzachse liegenden --virtuellen-- Drehpunkt der Lenkbewegung.

Die unterschiedlichen Federsteifigkeiten in den 3 Richtungen werden durch die besondere Geometrie der Gummischicht federn mit einvulkanisierten dachförmigen Blechen (Fig. 7) realisiert, was Stand der Technik ist. Die Quer-Federwege werden von Gummipuff er-bewehrten 212 a Anschlagnasen der Radsatzlager 213 begrenzt, welche in Aussparungen der Rahmenseitenwangen 206 gre i fen.

Wie bei dem Drehgestell der Variante 1 werden die Lenkbewegungen beider Radsätze durch Zug- Druckstangen 214 und am Rahmen gelagerte Umlenkhebel 215 gekoppelt, sodaß die Radsätze gleiche Winkel zum Rahmen einnehmen.

Weil bei dieser Drehgeste 11 Variante die Zug- Druckstangen auch zur Übertragung der Zug- und Bremskräfte von den Radsätzen herangezogen werden, sind beide Umlenkhebel 215 mit einer Verbindungsstange 216 gekoppelt. Dies verhindert ein Verlagern der Radsätze in Längsrichtung, wenn an beiden Radsätzen unterschiedliche Zug- und Bremskräfte auftreten. Die Fixierung in Längsrichtung und die Querfedersteifigkeit der Primärfedern (s.oben) bewirken, daß der virtuelle Drehpunkt der Lenkbewegung in der Mitte der Radsatzachse liegt.

Die Antriebs- und Bremseinheit 217 ist in Tat &zgr; lageraufhängung ausgeführt und mit einer gefederten Drehmoment stütze 221 am Drehgestellrahmen aufgehängt. Die Drehmomentstut ze erlaubt einen seitlichen Ausschlag des Motor-Aufhängepunktes und damit ein unbehindertes Lenken des Radsatzes. Die Antriebs- und Bremseinheit besteht aus Stirnradgetriebe 218, Motor 219, Bremsscheibe 220 und Bremssattel 221.

Claims (6)

Schutzansprüche

1. Drehgestell für Nahverkehrs-Schienenfahrzeuge, insbesondere für Niederflurwagen, gekennzeichnet durch die Kombination der Kleinradtechnik mit dem Prinzip se lbststeuernder Radsätze nach Scheffel .

2. Drehgestell nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die konstruktive Verwirklichung der Radsatzsteuerung mittels im Drehgestellhauptrahmen (6) drehbar gelagerter Schwenkrahmen (5) und einem gleiche Winke lauschläge bewirkenden Koppelgestänge (Teile 9 und 10) .

3. Drehgestell nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwirklichung der Radsatzsteuerung um einen virtuellen Drehpunkt mittels in Längsrichtung nachgiebiger Radsatz-Primärfedern (212) und einem Koppelgestänge (214, 215 und 216), welches erstens gleiche Winke lauschläge beider Radsätze und zweitens die Fixierung der Radsatzmitten in Längsrichtung gewährleistet.

4. Drehgestell nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung der Sekundärfedern (1) zwischen Drehgestellquerträger (2) und Wagenkasten, des Drehlagers (3) zwischen Drehgestell-Querträger (3) und -Rahmen (6) und durch die um die Querachse steife Ausführung des Drehlagers.

5. Drehgestell nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch seitliche Antriebs- und Bremseinheiten (7), die in Tatzlageraufhängung auf den Radsatzwellenenden gelagert und mit gefederten Drehmoment stützen (21) an den Schwenkrahmen (5) aufgehängt s ind ·

6. Drehgestell nach Anspruch 1 und 3, gekennzeichnet durch seinen verwindungsweichen Rahmen aufgrund torsionsweicher Rahmen-Querträger (207 und 208), welche zum Teil gelenkig an die Rahmen-Seitenwangen angeschlossen sind.