EP0295462B1

EP0295462B1 - Fahrwerk für Schienenfahrzeuge

Info

Publication number: EP0295462B1
Application number: EP88108248A
Authority: EP
Inventors: Fritz Frederich
Original assignee: Linke Hofmann Busch Waggon Fahrzeug Maschinen GmbH
Current assignee: Alstom Transport Deutschland GmbH
Priority date: 1987-05-30
Filing date: 1988-05-24
Publication date: 1991-08-21
Anticipated expiration: 2008-05-24
Also published as: DE3864320D1; ES2025242B3; EP0295462A1; DE3718254C2; ATE66419T1; DE3718254A1

Description

Die Erfindung betrifft ein zweiräderiges Fahrwerk für Schienenfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Lange Schienenfahrzeuge werden heute fast ausschließlich mit Drehgestell-Fahrwerken ausgestattet. Drehgestelle haben 2 oder mehr Radsätze. Infolgedessen sind sie sehr schwer.
In Gleisbögen werden Drehgestelle durch den vorlaufenden Radsatz unter dem Wagenkasten verschwenkt. Die Radsätze der Fahrwerke nehmen so eine annähernd radiale Stellung zur Schiene ein. Dadurch wird der zwängungsarme Bogenlauf der Räder ermöglicht.
Es ist bekannt und immer wieder versucht worden, auf Drehgestelle zu verzichten und Zachsige Fahrzeuge kurvenfreundlich zu machen. Zur Einstellung der Radsätze in Gleisbögen sind diese als Lenkachsen um ihre Hochachse schwenkbar ausgebildet worden. Die Kurveneinstellung wurde entweder durch Radsatzkräfte bewerkstelligt, wobei die diagonale Verbindung zweier Radsätze zur Unterstützung der Schwenkbewegung bereits in der Frühzeit der Eisenbahnen angewendet. wurde (1828) (PFEFFER, F.; KLEINHANS, G.: Budweis - Linz - Gmunden, Verlag Josef Otto Stezak, Wien (1982), S. 81)
Oder es sind Winkelbewegungen benachbarter Fahrzeuge zur Steuerung der Radsätze vorgeschlagen und auch ausgeführt worden (SACHS, K.: Elektr. Triebfahrzeuge, Bd. I (1973), s. Abschn. Einzelachsdeichselgestell. s. 488 - 500).
Bei den vorstehend genannten und auch weiteren bekannten Lenkachsen oder zweiräderigen Fahrwerken mit einem Radsatz und deren Anbindung an das Untergestell ist das Ansteuern und Einhalten einer verschleißarmen und betriebssicheren Einstellung des Radsatzes im Gleisbogen und im geraden Gleis für höchste Fahrgeschwindigkeiten schon vom Prinzip her problematisch, da der Radsatz sich wegen des unvermeidlichen Wellenlaufs im Spurkanal instabil verhalten kann.
Bei bekannten Bogensteuerungen für Einzelräder ist das Einhalten einer exakten Parallelstellung der Einzelräder für die Fahrt mit hohen Fahrgeschwindigkeiten im geraden Gleis nicht gewährleistet.
Aus der US-A-2 960 258 ist ein zweiräderiges Fahrwerk für Schienenfahrzeuge bekannt, dessen Fahrwerksrahmen gemeinsam mit den in ihm gelagerten Rädern gegen zwischen dem Fahrwerksrahmen und dem Wagenkasten angeordnete Federelemente vertikal und quer verschieblich und um die Hochachse und Längsachse schwenkbar angeordnet ist. Die Anlenkung des Fahrwerks am Wagenkasten erfolgt mit einer aufwendigen Lenkeranordnung mit Parallelführungslenkern in Queranordnung. Die Wendebewegung des Fahrwerks um die Hochachse wird über eine aufwendige Drehzapfenersatzkonstruktion mit festem Drehpol unter Verwendung von zwei Winkelhebeln, zwei Drehlagern und vier Lenkstangen ermöglicht. Dazu sind auf beiden Seiten des Mittelträgers des Wagenkörperuntergestells in Längsrichtung auf Abstand jeweils ein Winkelhebel um eine vertikale Achse schwenkbar angeordnet. Die Arme der Winkelhebel sind mit jeweils zwei übereinander angeordneten Lenkstangen mit dem Fahrwerk verbunden. Weiter sind die Winkelhebel an ihren Armen durch diagonal zur Fahrzeuglängsachse angeordnete und den Mittelträger überquerende Koppel- bzw. Spurstangen verbunden. Mit dieser Anordnung wird indirekt ein Drehzapfen-Effekt erzeugt.
Die Ansteuerung der Wendebewegung des Fahrwerks um die Hochachse im Gleisbogen soll durch Radsatzkräfte erfolgen und das Durchfahren von Gleisbögen erleichtern.
Weiter wird vorgeschlagen, zwei Fahrwerke dieses Typs zu einem 4räderigem Fahrwerk zusammenzukuppeln, wobei unerwünschte Winkelbewegungen der Radachsen gegeneinander unterbunden werden, d. h., die Fahrwerke werden immer parallel zueinander gehalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein sehr leichtes Fahrwerk auch für lange Fahrzeuge zu schaffen, das sowohl Gleisbögen entgleisungssicher und mit geringem Rad- und Schienenverschleiß durchfahren kann als auch auf geradem Gleis hohe Fahrgeschwindigkeiten ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das in Anspruch 1 gekennzeichnete Fahrwerk gelöst.
Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 - 9 angegeben.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin. statt schwerer Drehgestelle mit mindestens zwei Radsätzen und vier Rädern leichte Fahrwerke mit nur zwei Rädern zu verwenden.
Bei Ausbildung der Fahrwerke mit Einzelrädern ergibt sich der Vorteil, daß es keine prinzipielle Höchstgeschwindigkeitsgrenze für mit derartigen Fahrwerken versehenen Fahrzeuge gibt und Kurven mit geringem Rad- und Schienenverschleiß durchfahren werden können.
Die Erfindung ist anhand einiger Ausführungsbeispiele und -details zeichnerisch dargestellt und im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen

Fig. 1: die räumliche Prinzipskizze eines unter einem Wagenkasten beweglich angeordneten 2rädrigen Fahrwerks;
Fig. 2: die Prinzipskizze eines mit Doppellängslenkern zwischen Wagenkasten und Fahrwerksrahmen angelenkten Fahrwerks;
Fig. 3: die Prinzipskizze eines mit Wattschen Lenkern zwischen Wagenkasten und Fahrwerksrahmen angeordneten Fahrwerks;
Fig. 4: die Prinzipskizze eines Fahrzeugs mit zwei gegenseitig miteinander gekoppelten Fahrwerken;
Fig. 5: die Prinzipskizze der Bogensteuerung der Fahrwerke durch ein benachbartes Fahrzeug;
Fig. 6: die Prinzipskizze der Bogensteuerung der Fahrwerke durch die trennbare Kupplungsstange mit einem benachbarten Fahrzeug;
Fig. 7: schematisch eine Koppelstange mit kardanisch angeordneten Blattfederelementen;
Fig. 8: schematisch das Ende einer Koppelstange mit allseitig verformbarem Rundstabelement;
Fig. 9: schematisch die Führung einer Koppelstange an langen Lenkern und
Fig. 10: schematisch die Führung einer Koppelstange an biegsamen Blattlenkern.

In Fig. 1 ist schematisch der Wagenkasten 1 des Fahrzeugs dargestellt. Die Räder 2 des Fahrwerks sind im Fahrwerksrahmen 3 gelagert, auf dem sich unter Zwischenschaltung von Federn 4 der Wagenkasten 1 abstützt. Wagenkasten 1 und Fahrwerksrahmen 3 sind durch ein Dreh-Schiebegelenk 5 miteinander verbunden. Um das Dreh-Schiebegelenk 5 kann der Wagenkasten 1 über den Fahrwerksrahmen 3 vertikal in z-Richtung einfedern und quer in y-Richtung ausgelenkt werden. Außerdem können die Räder 2 zusammen mit dem Fahrwerksrahmen 3 in Gleisbögen unter dem Wagenkasten 1 um die z-Achse wenden sowie Wankbewegungen um die x-Achse zum Ausgleich von Querhöhenfehlern der Schienen des im Bild nicht dargestellten Gleises ausführen. Für die beschriebenen Funktionen ist es unerheblich ob die Räder 2 durch eine sie verbindende Welle 6 zu einem Radsatz vereinigt sind oder ohne diese Welle 6 als Einzelräder mit unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten abrollen können.
Fig. 2 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Anlenkung des Fahrwerksrahmens 3 an den Wagenkasten 1 mit Längslenkern 7 in Anordnung als Parallelführungslenker. Die Anlenkpunkte 8 der Längslenker 7 an dem Fahrwerksrahmen 3 können dabei in Fahrzeuglängsrichtung x vor, in Höhe oder hinter den Rädern 2 liegen, je nachdem wie die Einbauverhältnisse oder kinematische Randbedingungen dies zweckmäßig erscheinen lassen.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung. An Stelle der Längslenker 7 in Anordnung als Parallelführungslenker sind die Längslenker 7 in Anordnung als sog. Wattsche Führungslenker 9 von den diesmal mittig gezeichneten Anlenkpunkten 10 in Fahrzeuglängsrichtung x nach vorn und hinten geführt und mit dem Wagenkasten 1 gelenkig verbunden.
In Fig. 4 ist ein Fahrzeug mit zwei Fahrwerken der beschriebenen Ausführung skizziert. Man erkennt unter dem Wagenkasten 1 die Fahrwerksrahmen 3 mit den Rädern 2, Federn 4 und Parallelführungslenkern. Die Fahrwerksrahmen 3 sind durch diagonal angeordnete Koppelstangen oder -seile 11 in an sich bekannterweise gegensinnig miteinander gekoppelt. Dies ermöglicht die Einstellung der Fahrwerke in Gleisbögen ähnlich wie sie von sog. Kreuzanker-Drehgestellen her bekannt ist auch bei langen Fahrzeugen.
Fig. 5 stellt ein Fahrzeug mit zwei Fahrwerken der beschreibenen Bauart dar, welches mit seinem Wagenkasten 1 im Gelenkpunkt 12 mit dem Wagenkasten 13 eines weiteren Fahrzeugs sphärisch beweglich verbunden ist. Vom Wagenkasten 13 des benachbarten Fahrzeugs werden Zug- und/oder Druckelemente 14, z. B. Lenkstangen zum Fahrwerksrahmen 3 geführt, welche die Räder 2 bei Bogenfahrt lenken. Wie vorstehend beschrieben laßt sich die Lenkbewegung über Koppelstangen 11 auch auf das andere Fahrwerk übertragen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 6. Die Wagenkästen 1 und 13 sind mit einer Kuppelstange 15 verbunden, die mit den Gelenken 16 und 17 an die Wagenkästen 1 und 13 angeschlossen ist. Die Lenkbewegung wird von der Kuppelstange 15 abgenommen und durch die Zug- und/oder Druckelemente 14, z. B. Lenkstangen auf den Fahrwerksrahmen 3 des Fahrwerks übertragen. Mit einer Trennstelle 18 in der Kuppelstange 15 lassen sich die Fahrzeuge ohne weiteres trennen.
Die Ausführungen der Fig.5 und 6 sind bevorzugt für Räder 2 als Einzelräder geeignet, die nicht durch Radsatzwellen 6 drehzahlgekoppelt sind.
Alle Fahrwerkslenkungen funktionieren nur, wenn sie genau einstellen. Dies ist am besten mit spielfreien und verschleißlosen Gelenken zu verwirklichen.
Fig. 7 zeigt beispielhaft das Prinzip einer Koppelstange 11, die an ihren Enden mit um 90° versetzt angeordneten Blattfederelementen 19 versehen ist. Die Elemente 19 können sich elastisch verbiegen und gestatten so kleine kardanische Winkelbewegungen, wie sie bei den Lenkbewegungen der Fahrwerksrahmen 3 vorkommen.
In Fig. 8 wird eine kardanische Winkelbeweglichkeit eines materialelastischen Gelenks durch einen um alle Achsen gleich biegsamen Rundstab 20 bewirkt. Rundstäbe 20 sind an den Enden der Koppelstange 11 angebracht.
Bei langen Fahrzeugen sind die Abstände der Fahrwerke sehr groß und die sie verbindenden Koppelstangen 11 lang und dementsprechend schwer. Sie werden deshalb unterstützt.
Fig. 9 zeigt die Aufhängung einer Koppelstange 11 unter dem Wagenkasten 1 mit langen Pendeln 21, die gelenkig an mit der Koppelstange 11 verbundene Stützen 22 angreifen.
In Fig. 10 ist eine verschleißfreie Variante der Koppelstangenaufhängung gezeigt. Hier sind die langen Pendel 21 durch elastische Blattfederlenker 23 ersetzt, die am oberen Ende fest mit Wagenkasten 1 und am unteren Ende fest mit der Stütze 22 der Koppelstange 11 verbunden sind.

Claims

Zweiräderiges Fahrwerk für Schienenfahrzeuge, dessen Fahrwerksrahmen (3) in Fahrzeuglängsrichtung gegenüber dem Wagenkasten (1) des Schienenfahrzeugs zur übertragung von Längskräften abgestützt ist und dessen Fahrwerksrahmen gemeinsam mit den in ihm gelagerten Rädern (2) gegen zwischen dem Fahrwerksrahmen (3) und dem Wagenkasten (1) angeordnete Federelemente (4) vertikal und querverschieblich und um die Hochachse (z-Achse) schwenkbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrwerksrahmen (3) in Längsrichtung lediglich über eine Längslenkeranordnung mit mindestens einem Längslenker (7) gegen den Wagenkasten (1) geführt ist, wobei der oder die Längslenker (7) sowohl am Fahrwerk als auch am Wagenkasten (1) winkelbeweglich angelenkt sind und daß am Fahrwerksrahmen (3) Zug- und/oder Druckelemente (14) angelenkt sind, über welche die Steuerung des Fahrwerksrahmens (3) erfolgt und welche im Gleisbogen durch die Wendebewegung eines mit dem Wagenkasten (1) gelenkig verbundenen, benachbarten Wagenkastens (13) angesteuert werden.
Zweiräderiges Fahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längslenkeranordnung mindestens zwei Längslenker (7) aufweist, die höhenversetzt zueinander angeordnet sind und die die zwangfreie Schwenkbarkeit des Fahrwerksrahmens (3) um seine Querachse (y-Achse) sperren.
Zweiräderiges Fahrwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zug- und/oder Druckelemente (14) des Fahrwerks unmittelbar formschlüssig mit dem Wagenkasten (13) eines benachbarten Schienenfahrzeugs verbunden sind, derart, daß die Wendebewegung des Fahrwerks um die Hochachse (z-Achse) unmittelbar vom Wagenkasten (13) abgeleitet und gesteuert wird.
Zweiräderiges Fahrwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zug- und/oder Druckelemente (14) des Fahrwerks mit einer Kuppelstange (15) verbunden sind, die den Wagenkasten (1) mit dem Wagenkasten (13) eines benachbarten Schienenfahrzeugs gelenkig verbindet, derart, daß die Wendebewegung des Fahrwerks um die Hochachse (z-Achse) von der Kuppelstange (15) abgeleitet und gesteuert wird.
Zweiräderiges Fahrwerk nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Räder (2) des Fahrwerks einzeln im Fahrwerksrahmen (3) gelagert sind und unabhängig voneinander mit verschiedenen Winkelgeschwindigkeiten rotieren können.
Zweiräderiges Fahrwerk nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrwerksrahmen (3) zur Steuerung der Wendebewegung eines benachbarten, dem gleichen Wagenkasten (1) zugeordneten Fahrwerks in an sich bekannter Weise über diagonal angeordnete Koppelstangen (11) mit dem Fahrwerk des benachbarten dem gleichen Wagenkasten (1) zugeordneten Fahrwerks verbunden ist, derart, daß die Fahrwerke gegensinnig miteinander gekoppelt sind.
Zweiräderiges Fahrwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Koppelstangen (11) mindestens eine Stütze (22) angeordnet ist, die sich bis unterhalb der Längsachse der Koppelstangen (11) erstreckt und an die ein am Wagenkasten (1) angelenkter Pendellenker (21) oder ein am Wagenkasten (1) befestigter Blattfederlenker (23) angreift.
Zweiräderiges Fahrwerk nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die oder einzelne gelenkige Verbindungen der Längslenker (7), der Zug- und/oder Druckelemente (14) und der Koppelstangen (11) untereinander oder mit dem Fahrwerk als materialelastische, winkelbewegliche Gelenke ausgebildet sind, z. B. als kardanisch angeordnete Blattfederelemente (19) oder allseitig biegsame Rundstäbe (20).
Zweiräderiges Fahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längslenkeranordnung durch ein Dreh- Schiebegelenk (5) ersetzt ist, das den Fahrwerksrahmen (3) gegen den Wagenkasten (1) bezüglich Längsverschiebungen (x-Achse) festlegt.