EP1938075A1 - Verfahren und einrichtung zur prüfung von schienenfahrzeugrädern und -achsen - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur prüfung von schienenfahrzeugrädern und -achsen

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Publication number
EP1938075A1
EP1938075A1 EP06805873A EP06805873A EP1938075A1 EP 1938075 A1 EP1938075 A1 EP 1938075A1 EP 06805873 A EP06805873 A EP 06805873A EP 06805873 A EP06805873 A EP 06805873A EP 1938075 A1 EP1938075 A1 EP 1938075A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rail vehicle
radial
rail
axial
drum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06805873A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Grosse-Hovest
Gerhard Fischer
Vatroslav Grubisic
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP1938075A1 publication Critical patent/EP1938075A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M17/00—Testing of vehicles
    • G01M17/08—Railway vehicles
    • G01M17/10—Suspensions, axles or wheels

Definitions

  • the invention relates to a method for testing rail vehicle wheels, in which an entire rail vehicle wheel set comprising at least one rail vehicle axle and rail vehicle wheels mounted at least at its ends is tested by introducing radial and / or axial forces into the wheel contact point.
  • the invention relates to a device for testing rail vehicle wheels and axles, in which an entire rail vehicle wheel set comprising at least one rail vehicle axle and at least at their ends mounted rail vehicle wheels through Initiating radial and / or axial forces in the wheel contact point is checked, which has a holding device for rotatably mounting the rail vehicle wheel set and a radial loading device and Axialbelastungs recommended.
  • EP 0 063 245 B1 discloses a device for testing vehicle wheels, wheel hubs, wheel bearings and wheel bolts under operating load conditions, wherein the wheel forces are likewise applied via a revolving drum and via thrust rings mounted therein. To initiate the existing during cornering axial and radial forces on the Radaufstandsyak an inclination of the vehicle wheel is effected.
  • This device is designed for the testing of road vehicle wheels, so vehicle wheels with pneumatic tires that are elastically deformable.
  • such a device is neither suitable for rail vehicles, nor is it possible with this device to test entire wheelsets. Rather, only a single wheel or pair of wheels can be tested using a semi-experimental test by this device.
  • EP 0 232 855 B1 discloses a method and a device for testing rail vehicle wheels and axles, which comprises a rail vehicle axle and rail vehicle wheels mounted at the ends thereof.
  • the rail vehicle wheels and axles are tested under operating load conditions.
  • a drum rotates about a rail vehicle wheel and stands with this in the rolling engagement, wherein the axial forces are selectively introduced via the Radachsen Scheme of the one or two rail vehicles or both rail vehicle wheels.
  • This device for carrying out the method enables the simulation of occurring during operation geometric relationships between the rail vehicle wheels and the rail at right angles to the rail plane wheels.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a method and a device for testing rail vehicle wheels and axles, by the simulation of the actual operating loads occurring under reduced wear a proof of strength of the rail vehicle wheel set is possible.
  • the inventive method for testing rail vehicle wheels and axles enables the simulation of operating loads in a realistic manner.
  • the variable change of a camber angle of the rail vehicle wheelset, which is superimposed on the force acting on the rail vehicle and axial and / or radial force, the actual loads occurring, in particular computer-controlled, can be simulated.
  • both the wear and the fatigue strength can be determined and optimized with such a method.
  • a two-point contact with bow trips can be adjusted by changing the camber angle either a large contact area to minimize wear.
  • the camber angle is adjusted changed in an adjustment between +/- 10 °.
  • Such an area is suitable for rail vehicle wheels for adjustment in order to allow an increase of the applied contact surface with the rails, which have a slightly curved running surface.
  • the camber angle can preferably be changed into both the positive and the negative range.
  • the camber angle is introduced at one end of the wheel axle of the rail vehicle wheel set, which lies opposite the rail vehicle wheel in rolling contact with the rail track.
  • a test program is created via a load matrix, through which the individual load types are checked during the examination of similar load conditions.
  • the components contained in the load matrix such as vertical force or radial force Q, axial force or lateral force Y and camber angle Y can be limited to the maximum permissible values and simulate different load combinations within a test program.
  • a further advantageous embodiment of the method provides that a test cycle is passed, which is derived by calculation from an actual load case.
  • a test cycle is passed, which is derived by calculation from an actual load case.
  • the number of switches, the required braking and the angular straight line of the curves is known. This results in the loading matrix, the individual load cases and load directions, so that in a test cycle in a time-saving or reliable way the proof of durability can be performed.
  • the number of bow trips, straight rides and points crossings and stunts are repeated several times in succession, so that after a small number of bow trips wear can be extrapolated over the total number of turns. This applies analogously to straight-ahead driving, turnouts and braking.
  • the inventive device for testing rail vehicle wheels and axles which is provided in particular for carrying out the method according to the invention, has the advantage that a complete rail vehicle wheel set, in particular an original rail vehicle set, is used in the test. At the same time an increased simulation quality is achieved by the superimposed setting of the camber angle. Furthermore, the flexibility in adaptation to targeted testing loads is increased and allows similar loading conditions. This device also allows the simulation of very high speeds.
  • the device preferably has a lifting cylinder, which is provided for actuating the adjusting device for adjusting the camber angle.
  • the lifting cylinder is hydraulically driven.
  • a pneumatic or electromagnetic control can be provided.
  • This further holding device is preferably slidably provided for receiving various sizes of Schieneneducationrad accountsn and for easy loading and unloading.
  • the axial force means is provided for the introduction of force.
  • a first and a second cylinder of the axial force device are driven synchronously.
  • the axial forces can be introduced separately into the first and second holding device and additional loads on the wheel axle can be minimized.
  • the adjusting device and the axial force device with a second cylinder are preferably connected to the further holding device for introducing force and movement.
  • a targeted superposition of the camber angle and the axial force can be achieved on the wheel axle.
  • the holding device comprises a support arm, on which the axial force device and the radial force device each act via a hinge connection.
  • the retainer remotely engages the force application points on the hub region within the drum and preferably has an L-shaped configuration, so that both the radial force as a vertical force and the axial force as a horizontal force for the introduction of force are transferable. This results in simple and constructive conditions that allow clear power flows. Due to the articulated arrangement of the radial and axial force on the support arm, a superposition of the two forces can be carried out in a simple manner.
  • the drum is cantilevered and formed open on one side.
  • large drum diameter can be made possible, whereby the simulation quality and inspection possibility is increased.
  • higher test speeds can be achieved. This is additionally increased by the rotation about a fixed and supported axis.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of the device according to the invention for testing rail vehicle wheels and axles
  • Figure 2a to c are schematic sectional views of different load cases during the simulation operation-like loading conditions and
  • Figure 3 is a graph of the loading forces Q and Y and the camber angle Y as a function of time.
  • FIG. 1 shows a device 11 according to the invention for testing rail vehicle wheels and axles 16 under operationally similar loading conditions. conditions.
  • a rail vehicle wheel set 12 has a rail vehicle axle 14 or wheel axle 14, at each of whose two ends the rail vehicle wheel 16 is arranged.
  • a holding device 18 For rotatably receiving the rail vehicle wheel set 12, a holding device 18 is provided, which acts on a wheel axle region of the rail vehicle wheel set 12, which is provided in a drum 21 or associated with this drum 21.
  • the drum 21 is open on one side and surrounds a rail vehicle wheel 16.
  • the drum 21 receives a rail or a rail ring 22, preferably interchangeable on.
  • the rail vehicle wheel 16 is positioned over its tire 24 in rolling engagement with the rail ring 22.
  • the drum 21 is driven by a drive unit 26 and rotatably supported by a bearing unit 27.
  • This holding device 29 is preferably displaceable in the wheel axle direction in order to allow adaptation to different track widths.
  • This holding device 29 preferably accommodates an adjusting device 31, which serves for the camber adjustment of the rail vehicle wheel set 12.
  • This adjusting device 31 is driven by a lifting cylinder, so that the setting of a positive, neutral and negative camber angle for the rail vehicle wheel 16 arranged in the drum 21 is made possible.
  • the holding device 18 has a support arm 34 extending out of the drum 21, on which a radial force device 36 and an axial force device 37 engage with a first cylinder.
  • the support arm 34 is pivotally received via a support 39, so that both the axial force 37 and the articulated and on the holding device 18, in particular on the support arm 34, engaging radial force 36 can transfer the loads on the Radachsen Scheme.
  • a first and second cylinder is provided which each transmit an axial force to the holding device 18 and further holding device 29. Alternatively, this may also be possible via a common cylinder or more than two cylinders.
  • the radial force is transmitted via the preferably L-shaped designed support arm 34 of the holding device 18 in an adjustable lever ratio to the wheel axle, wherein the support arm 34 is pivotally mounted about a hinge 41 on the support arm 34.
  • FIG. 2a is a schematically enlarged sectional view of a wheel tire 24 of the rail vehicle wheel 16 to the rail ring 22 is shown.
  • a bow travel with a positively set camber angle y is simulated.
  • the wheel contact point can be increased, that is, the applied contact surface is increased. As a result, wear can be minimized.
  • FIG. 2 b a straight-ahead travel or a sinusoidal run is simulated.
  • a negative camber is set, so that the wheel flange also bears against the rail ring and receives a portion of the axial forces that occur during a sinusoidal run.
  • FIG. 2c shows a straight-ahead drive at a point crossing.
  • FIG 3 is a diagram of the loading force Q as a radial force and the loading force Y as axial force and the setting of the Camber angle Y displayed over time.
  • the axial force and the radial force are increased during the course of the test.
  • the camber angle is adjusted positively in analogy to the curve in order to reduce the forces occurring and the resulting wear.
  • increased radial forces are given.
  • at joints in the connection area of adjoining rail sections or bridge crossings or the like increased radial forces can act.
  • the axial forces are caused by the back and forth of the wheel set by the track clearance. In order to simulate the illustrated load cases of the radial force and the axial force wear, these forces are counteracted by the setting of an example negative camber angle according to the course shown.
  • Section III a turnout is simulated.
  • a at a turnout representing radial force curve is opposite to the Axialkraftverlauf.
  • the camber adjustment is preferably carried out in analogy to the axial force curve to test both occurring load cases wear.
  • the camber setting can be changed in a variable program according to a stress matrix.
  • the load matrix is composed of the load multiple of the individual load cases and load directions of known measurements and is calculated by the multi-body simulation in the Vorbeumpssphase determined.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung (11) zur Prüfung von Schienenfahrzeugrädern und -achsen (16), bei denen zur Verringerung des Verschleißes in Abhängigkeit der Axial- und/oder Radialkraft eine Sturzverstellung variabel eingestellt wird.

Description

Verfahren und Einrichtung zur Prüfung von Schienenfahrzeugrädern und -achsen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung von Schienenfahrzeugrädern, bei dem ein gesamter Schienenfahrzeugradsatz, der mindestens eine Schienenfahrzeugachse und wenigstens an deren Enden angebrachten Schienenfahrzeugräder umfasst, durch Einleiten von Radial- und/ oder Axialkräften in den Radaufstandspunkt geprüft wird.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Prüfung von Schienenfahrzeugrädern und -achsen, bei der ein gesamter Schienenfahrzeugradsatz, der mindestens eine Schienenfahrzeugachse und wenigstens an deren Enden angebrachte Schienenfahrzeugräder umfasst, durch Einleiten von Radial- und/oder Axialkräften in den Radaufstandspunkt geprüft wird, die eine Halteeinrichtung zur drehbaren Befestigung des Schienenfahrzeugradsatzes und eine Radialbelastungseinrichtung sowie Axialbelastungseinrichtung aufweist.
Aus der DE 26 Ol 259 Al ist eine Versuchseinrichtung bekannt geworden, die zur Prüfung von Schienenfahrzeugrädern unter betriebsähnlichen Belastungsbedingungen ermöglicht. Bei dieser Einrichtung werden die im Fahrbetrieb auftretenden Radial- und Axialkräfte mit Hilfe servo- hydraulischer Belastungszylinder auf das Schienenfahrzeug ausgeübt. Diese Einrichtung weist jedoch den Nachteil auf, dass nur eine Halbachse mit dem zugehörigen Schienenfahrzeugrad geprüft werden kann. Darüber hinaus wird die Axialbelastung auf das Schienenfahrzeug über ein Kippen einer Trommel bewirkt, wodurch eine Axialbelastung immer in Verbindung mit einer Radialbelastungskomponente erzeugt wird. Außerdem fordert die Neigung der Trommel einen sehr komplizierten Versuchsaufbau der gesamten Einrichtung, die gleichzeitig einen höheren Verschleiß der Ersatzschiene und starke Einschränkungen bei der Geschwindigkeit bewirkt. Eine Simulation von höheren Geschwindigkeiten, beispielsweise größer gleich 40 km/h, ist nicht möglich. Zudem ist nur eine konstante Einstellung eines Sturzwinkels ermöglicht.
Aus der EP 0 063 245 Bl geht eine Einrichtung zur Prüfung von Fahrzeugrädern, Radnaben, Radlagern und Radschrauben unter betriebsähnlichen Belastungsbedingungen hervor, wobei die Radkräfte ebenfalls über eine umlaufende Trommel und über darin angebrachte Anlaufringe aufgebracht werden. Zur Einleitung der bei der Kurvenfahrt vorhandenen axialen und radialen Kräfte über den Radaufstandspunkt wird eine Schrägstellung des Fahrzeugrades bewirkt. Diese Einrichtung ist für die Prüfung von Straßenfahrzeugrädern konzipiert, also Fahrzeugräder mit Luftreifen, die elastisch deformierbar sind. Eine solche Einrichtung ist jedoch weder für Schienenfahrzeuge geeignet, noch ist mit dieser Einrichtung möglich, ganze Radsätze zu prüfen. Vielmehr kann durch diese Vorrichtung nur ein einziges Rad oder Radpaar unter Verwendung einer Versuchshalbachse geprüft werden. Aus der EP 0 232 855 Bl ist des Weiteren ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prüfung von Schienenfahrzeugrädern und -achsen bekannt, der eine Schienenfahrzeugachse und an deren Enden angebrachte Schienenfahrzeugräder umfasst. Durch Einleitung von Radial- und/oder Axialkräften in den Radstandsauskunft werden die Schienenfahrzeugräder und -achsen unter betriebsähnlichen Belastungsbedingungen geprüft. Dabei rotiert eine Trommel um ein Schienenfahrzeugrad und steht mit diesem im Rolleingriff, wobei die Axialkräfte wahlweise über den Radachsenbereich des einen oder der beiden Schienenfahrzuge oder beider Schienenfahrzeugräder eingeleitet werden. Diese Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ermöglicht die Simulation von im Betriebseinsatz auftretenden geometrischen Verhältnissen zwischen den Schienenfahrzeugrädern und der Schiene bei senkrecht zur Schienenebene stehenden Rädern. Dadurch treten insbesondere bei der Simulation von Bogenfahrten zwei Punktberührungen zwischen dem Schienenfahrzeugrad und der Schiene auf, wodurch ein erhöhter Verschleiß zwischen Schienenfahrzeugrad und Schiene bei der Simulation von betriebsähnlichen Belastungsbedingungen auftritt. Zudem kann durch diese Einrichtung eine Simulation von Belastungsfällen nicht durchgeführt werden, die zur Verringerung des Verschleißes und zur Erhöhung einer Ermüdungsfestigkeit führen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Prüfung von Schienenfahrzeugrädern und -achsen zu schaffen, durch die unter Simulation der tatsächlich auftretenden Betriebsbelastungen unter verringertem Verschleiß ein Betriebsfestigkeitsnachweis des Schienenfahrzeugradsatzes ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Einrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 ermöglicht insbesondere die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind auf die jeweiligen unabhängigen Ansprüche zurückbezogen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Prüfung von Schienenfahrzeugrädern und -achsen wird die Simulation von Betriebsbelastungen realitätsnah ermöglicht. Die variable Veränderung eines Sturzwinkels vom Schienenfahrzeugradsatz, die der auf das Schienenfahrzeugrad wirkenden Axial- und/oder Radialkraft überlagert ist, können die tatsächlich auftretenden Belastungen, insbesondere rechnergesteuert, simuliert werden. Dadurch können mit einem solchen Verfahren sowohl der Verschleiß als auch die Ermüdungsfestigkeit ermittelt und optimiert werden. Anstelle einer Zweipunktberührung bei Bogenfahrten kann durch Veränderung des Sturzwinkels wahlweise ein großer Kontaktbereich eingestellt werden um den Verschleiß zu minimieren. Durch die Einstellung des Sturzwinkels kann eine größer beaufschlagte Kontaktfläche zwischen dem Radreifen und der Schiene ermöglicht sein, die zur Verschleißmini- mierung führt. Zusätzlich wird durch die Erhöhung der beaufschlagten Kontaktfläche erzielt, dass ein geräusch- und vibrationsarmer Versuchsablauf ermöglicht ist.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Sturzwinkel in einem Verstellbereich zwischen +/- 10° verändert eingestellt wird. Ein solcher Bereich ist für Schienenfahrzeugräder zur Verstellung geeignet, um eine Erhöhung der beaufschlagten Kontaktfläche mit den Schienen zu ermöglichen, die eine schwach gekrümmte Lauffläche aufweisen. Der Sturzwinkel kann bevorzugt sowohl in den positiven als auch in den negativen Bereich hinein verändert werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Sturzwinkel an einem Ende der Radachse des Schienenfahrzeugradsatzes eingeleitet wird, welches dem mit dem Schienenring im Rolleingriff befindlichen Schienenfahrzeugrad gegenüber liegt. Dadurch können in einfacher Weise bei einem Original-Schienenfahrzeugradsatz die unterschiedlichen Belastungsfälle simuliert werden, um die Betriebsfestigkeit zu ermitteln.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die während einer Bogenfahrt, Geradeausfahrt, Weichenüberfahrt und Bremsung auftretende Lastfälle durch die Veränderung der Belastungskräfte in Axial- und/oder Radialrichtung und die Einstellung des Sturzwinkels, der auch Y = 0° umfassen kann, simuliert werden. Bevorzugt wird über eine Belastungsmatrix ein Prüfprogramm erstellt, durch das die einzelnen Belastungsarten bei der Prüfung von betriebsähnlichen Belastungsbedingungen durchlaufen wird. Die in der Belastungsmatrix enthaltenen Komponenten, wie senkrechte Kraft beziehungsweise Radialkraft Q, Axialkraft beziehungsweise Seitenkraft Y und Sturzwinkel Y können auf die maximal zulässigen Werte beschränkt sein und innerhalb eines Prüfprogramms verschiedene Lastkombinationen simulieren.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass ein Prüfzyklus durchlaufen wird, der rechnerisch von einem tatsächlichen Lastfall abgeleitet wird. Bei einer wiederkehrenden Strecke, wie beispielsweise bei einem Betrieb einer Straßenbahn auf einer vorgesehenen Strecke, ist die Anzahl der Weichen, der erforderlichen Bremsungen sowie die Winkelgerade der Kurven bekannt. Daraus ergeben sich über die Belastungsmatrix die einzelnen Lastfälle sowie Lastrichtungen, so dass in einem Prüfzyklus in zeitsparender oder zuverlässiger Weise der Betriebsfestigkeitsnachweis geführt werden kann. Bevorzugt werden die Anzahl der Bogenfahrten, Geradeausfahrten und Weichenüberfahrten sowie Bremsungen mehrmals hintereinander wiederholt, so dass nach einer geringen Anzahl von Bogenfahrten sich der Verschleiß über die gesamte Anzahl der Bogenfahrten hochrechnen lässt. Dies gilt analog für die Geradeausfahrten, Weichenüberfahrten und Bremsungen.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Prüfung von Schienenfahrzeugrädern und -achsen, die insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen ist, weist den Vorteil auf, dass ein vollständiger Schienenfahrzeugradsatz, insbesondere ein Original- Schienenfahr-zeugradsatz, bei der Prüfung Einsatz findet. Gleichzeitig wird durch die überlagerte Einstellung des Sturzwinkels eine erhöhte Simulationsgüte erzielt. Des Weiteren ist die Flexibilität in der Anpassung auf gezielte Prüfbelastungen erhöht und ermöglicht betriebsähnliche Belastungsbedingungen. Diese Vorrichtung ermöglich darüber hinaus die Simulation von sehr hohen Geschwindigkeiten. Die Einrichtung weist bevorzugt einen Hubzylinder auf, der zur Betätigung der Verstelleinrichtung zur Einstellung des Sturzwinkels vorgesehen ist. Dadurch kann eine einfache Ansteuerung sowie ein einfacher Aufbau der Einrichtung ermöglicht sein. Bevorzugt ist der Hubzylinder hydraulisch angetrieben. Alternativ kann auch eine pneumatische oder elektromagnetische Ansteuerung vorgesehen sein.
An einem Ende des Radachsenbereichs, das einer den Schienenring aufnehmenden Trommel gegenüberliegt, greift eine weitere Halteeinrichtung an. Diese weitere Halteeinrichtung ist bevorzugt verschiebbar zur Aufnahme verschiedener Größen der Schienenfahrzeugradsätzen und zum einfachen Be- und Entladen vorgesehen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Einrichtung ist vorgesehen, dass an einem der Trommel gegenüberliegenden Ende des Radachsenbereiches die Axialkrafteinrichtung zur Krafteinleitung vorgesehen ist. Dadurch wird die praxisnahe Simulation erhöht, so dass sowohl Links- als auch Rechtsbögen mit einer Einrichtung simuliert werden können.
Bevorzugt werden ein erster und ein zweiter Zylinder der Axialkrafteinrichtung synchron angesteuert. Dadurch können die Axialkräfte in die erste und zweite Halteeinrichtung separat eingebracht werden und zusätzliche Belastungen auf die Radachse minimiert werden.
Die Verstelleinrichtung und die Axialkrafteinrichtung mit einem zweiten Zylinder sind bevorzugt mit der weiteren Halteeinrichtung zur Kraft- und Bewegungseinleitung verbunden. Dadurch kann ein gezielte Überlagerung des Sturzwinkels und der Axialkraft auf die Radachse erzielt werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Einrichtung ist vorgesehen, dass die Haltevorrichtung einen Tragarm umfasst, an dem die Axialkrafteinrichtung und die Radialkrafteinrichtung jeweils über eine Gelenkverbindung angreifen. Die Halteeinrichtung greift entfernt zu den Krafteinleitungspunkten am Radnabenbereich innerhalb der Trommel an und weist bevorzugt eine L-förmige Gestalt auf, so dass sowohl die Radialkraft als senkrechte Kraft als auch die Axialkraft als Horizontalkraft zur Krafteinleitung übertragbar sind. Dadurch ergeben sich einfache und konstruktive Verhältnisse, die klare Kraftflüsse ermöglichen. Durch die gelenkige Anordnung der Radial- und Axialkrafteinrichtung am Tragarm kann in einfacher Weise eine Überlagerung der beiden Kräfte erfolgen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Trommel fliegend gelagert und einseitig offen ausgebildet ist. Dadurch lassen sich große Trommeldurchmesser ermöglichen, wodurch die Simulationsgüte und auch Inspektionsmöglichkeit erhöht ist. Zusätzlich können höhere Prüfgeschwindigkeiten erzielt werden. Dies wird zusätzlich durch die Rotation um eine fest ausgerichtete und gelagerte Achse erhöht.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Prüfung von Schienenfahrzeugrädern und -achsen,
Figur 2a bis c schematische Schnittdarstellungen von unterschiedlichen Belastungsfällen während der Simulation betriebsähnlichen Belastungsbedingungen und
Figur 3 ein Diagramm der Belastungskräfte Q und Y und des Sturzwinkels Y in Abhängigkeit der Zeit.
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Einrichtung 11 zur Prüfung von Schienenfahrzeugrädern und -achsen 16 unter betriebsähnlichen Belas- tungsbedingungen dargestellt. Ein Schienenfahrzeugradsatz 12 weist eine Schienenfahrzeugachse 14 beziehungsweise Radachse 14 auf, an deren beiden Enden jeweils das Schienenfahrzeugrad 16 angeordnet ist.
Zur drehbaren Aufnahme des Schienenfahrzeugradsatzes 12 ist eine Halteeinrichtung 18 vorgesehen, die an einem Radachsenbereich des Schienenfahrzeugradsatzes 12 angreift, der in einer Trommel 21 vorgesehen oder dieser Trommel 21 zugeordnet ist. Die Trommel 21 ist einseitig offen ausgebildet und umgibt das eine Schienenfahrzeugrad 16. Die Trommel 21 nimmt eine Schiene beziehungsweise einen Schienenring 22, vorzugsweise austauschbar, auf. Das Schienenfahrzeugrad 16 ist über seinen Radreifen 24 im Rolleingriff mit dem Schienenring 22 positioniert. Die Trommel 21 ist von einer Antriebseinheit 26 angetrieben und über eine Lagereinheit 27 drehbar gehalten.
An einem der Trommel 21 gegenüberliegenden Ende der Radachse 14 greift eine weitere Halteeinrichtung 29 an dem Radachsenbereich an. Diese Halteeinrichtung 29 ist bevorzugt in Radachsenrichtung verschiebbar, um eine Anpassung an verschiedene Spurbreiten zu ermöglichen. Diese Halteeinrichtung 29 nimmt bevorzugt eine Verstelleinrichtung 31 auf, die zur Sturzeinstellung des Schienenfahrzeugradsatzes 12 dient. Diese Verstelleinrichtung 31 wird durch einen Hubzylinder angetrieben, so dass die Einstellung eines positiven, neutralen und negativen Sturzwinkels für das in der Trommel 21 angeordnete Schienenfahrzeugrad 16 ermöglicht ist.
Die Halteeinrichtung 18 weist einen sich aus der Trommel 21 heraus erstreckenden Tragarm 34 auf, an dem eine Radialkrafteinrichtung 36 und eine Axialkrafteinrichtung 37 mit einem ersten Zylinder angreifen. Der Tragarm 34 ist über eine Stütze 39 schwenkbar aufgenommen, so dass sowohl die Axialkrafteinrichtung 37 als auch die gelenkige und an der Halteeinrichtung 18, insbesondere am Tragarm 34, angreifende Radialkrafteinrichtung 36 die Belastungen auf den Radachsenbereich übertragen kann. Parallel zur Axialkrafteinrichtung 37 mit einem ersten Zylinder greift zusätzlich eine Axialkrafteinrichtung 42 mit einem zweiten Zylinder an der weiteren Halteeinrichtung 29 an. Dadurch können realistische Betriebsbelastungen simuliert werden. Bevorzugt ist ein erster und zweiter Zylinder vorgesehen, die jeweils eine Axialkraft auf die Halteeinrichtung 18 und weitere Halteeinrichtung 29 übertragen. Alternativ kann dies auch über einen gemeinsamen Zylinder oder mehr als zwei Zylinder ermöglicht sein.
Die Radialkraft wird über den bevorzugt L-förmig ausgestalteten Tragarm 34 der Haltevorrichtung 18 in einem einstellbaren Hebelverhältnis auf die Radachse übertragen, wobei der Tragarm 34 um ein Gelenk 41 am Tragarm 34 schwenkbar gelagert ist.
In Figur 2a ist eine schematisch vergrößerte Schnittdarstellung eines Radreifens 24 des Schienenfahrzeugrades 16 zum Schienenring 22 dargestellt. In Figur 2a wird eine Bogenfahrt mit einem positiv eingestellten Sturzwinkel y simuliert. Durch die Veränderung des Sturzwinkels y kann der Radaufstandspunkt vergrößert werden, das heißt, dass die beaufschlagte Kontaktfläche vergrößert ist. Dadurch kann ein Verschleiß minimiert werden.
In Figur 2b ist eine Geradeausfahrt bzw. ein Sinuslauf simuliert. Zur Verringerung der wirkenden Kräfte zwischen dem Radreifen 24 und dem Schienenring 22 wird ein negativer Sturz eingestellt, so dass der Spurkranz ebenfalls an dem Schienenring anliegt und einen Teil der Axialkräfte aufnimmt, die auch während eines Sinuslaufes auftreten.
In Figur 2c ist eine Geradeausfahrt bei einer Weichenüberfahrt dargestellt. Durch die Einstellung eines negativen Sturzes kann ein Radreifenrücken 44 eine Seitenkraft übernehmen und somit einen Verschleiß zwischen der Lauffläche des Radreifens 24 und dem Schienenring 22 minimieren.
In Figur 3 ist schematisch ein Diagramm der Belastungskraft Q als Radialkraft und der Belastungskraft Y als Axialkraft sowie die Einstellung des Sturzwinkels Y über der Zeit dargestellt. Bei einer Bogenfahrt gemäß Abschnitt I wird beispielsweise im Testverlauf die Axialkraft und die Radialkraft erhöht. Zur Verminderung des Verschleißes wird in Analogie des Kurvenverlaufs der Sturzwinkel positiv eingestellt, um die auftretenden Kräfte und der sich daraus ergebende Verschleiß zu verringern. Bei einer Geradeausfahrt, beziehungsweise bei einem Sinuslauf gemäß Abschnitt II, sind erhöhte Radialkräfte gegeben. Insbesondere bei Stoßstellen im Anschlussbereich von aneinander angrenzenden Schienenabschnitten oder bei Brückenüberfahrten oder dergleichen können erhöhte Radialkräfte wirken. Die Axialkräfte entstehen durch das hin und her wandern des Radreifensatzes durch das Spurspiel. Um die dargestellten Belastungsfälle der Radialkraft und der Axialkraft verschleißarm zu simulieren, wird diesen Kräften durch die Einstellung eines beispielsweise negativen Sturzwinkels gemäß dem dargestellten Verlauf entgegengewirkt.
Im Abschnitt III ist eine Weichenüberfahrt simuliert. Ein bei einer Weichenüberfahrt sich darstellender Radial kraftverlauf steht dem Axialkraftverlauf gegenüber. Die Sturzverstellung erfolgt bevorzugt in Analogie zum Axial kraftverlauf, um beide auftretende Lastfälle verschleißarm zu prüfen.
Durch die zusätzliche variable Sturzververänderung zur Radial- und Axialkraft wird eine Erhöhung der beaufschlagten Kontaktflächen gewährleistet. Dies führt zu einem ruhigeren Versuchsablauf mit verringertem Verschleiß. Die Sturzeinstellung kann in einem variablen Programm entsprechend einer Belastungsmatrix verändert werden. Die Belastungsmatrix setzt sich aus dem Lastvielfachen der einzelnen Lastfälle und Lastrichtungen von bekannten Messungen zusammen und wird rechnerisch durch die Mehrkörpersimulation in der Vorbemessungsphase bestimmt.
Es versteht sich, dass auch die bei der Bremsung wirkenden tangentialen Kräfte getrennt oder gleichzeitig in die Prüfung mit einbezogen werden können. Alle vorbeschriebenen Merkmale sind jeweils für sich erfindungswesentlich und können beliebig miteinander kombiniert werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Prüfen von Schienenfahrzeugrädern und -achsen (16), bei dem ein gesamter Schienenfahrzeugradsatz (12), der zumindest eine Schienenfahrzeugachse und wenigstens an deren Enden angebrachte Schienenfahrzeugräder (16) umfasst, durch Einleiten von Radial- und/oder Axialkräften in den Radaufstandspunkt geprüft wird und bei dem zur Prüfung unter betriebsähnlichen Belastungsbedingungen der Schienenfahrzeugradsatz (12) rotiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schienenfahrzeugrad (16) mit einem rotierenden Schienenring (22) in Rolleingriff gebracht wird und zur Simulation von Betriebsbelastungen der auf das Schienenfahrzeugrad (16) wirkenden Axial- und/oder Radialkräften eine Veränderung eines Sturzwinkels des Schienenfahrzeugradsatzes (16) zum Schienenring (22) überlagert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sturzwinkel in einem Verstellbereich zwischen +/- 10° verändert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sturzwinkel an einem Ende der Radachse des Schienenfahrzeugradsatzes (12) eingeleitet wird, welche dem mit dem Schienenring (22) in Rolleingriff befindlichen Schienenfahrzeugrad (16) gegenüberliegt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die während einer Bogenfahrt, Geradeausfahrt, Wellenüberfahrt und Bremsung auftretenden Lastfälle durch die Veränderung der Belastungskräfte in Axial- und/oder Radialrichtung und der Einstellung des Sturzwinkels simuliert werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Prüfzyklus durchlaufen wird, der rechnerisch von einem tatsächlichen Lastfall abgeleitet wird.
6. Einrichtung zur Prüfung von Schienenfahrzeugrädern und -achsen (16), bei der ein gesamter Schienenfahrzeugradsatz (12), der mindestens einen Schienenfahrzeugachse (14) und wenigstens an deren Enden angebrachte Schienenfahrzeugräder (16) umfasst, durch Einleiten von Radial- und/oder Axialkräften in den Radaufstands- punkt geprüft wird, welche eine Halteeinrichtung (18) zur drehbaren Befestigung des Schienenfahrzeugradsatzes (12), eine Radialbelastungseinrichtung (36) zum Aufbringen einer Radialkraft und eine Axialkrafteinrichtung (37, 42) zum Aufbringen einer Axialkraft umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Schienenfahrzeugrad (16) in einer drehbar angetriebenen Trommel (21) mit einem Schienenring (22) im Rolleingriff vorgesehen ist und die Radial- und Axialkrafteinrichtung (36, 37) zum Einbringen der Ra- dial- und Axialkräfte an der Haltevorrichtung (18) angreifen, die an dem der Trommel (21) zugeordneten Radachsenbereich des Schienenfahrzeugradsatzes (12) angreift und dass eine Verstelleinrichtung (31) zur Einstellung eines Sturzwinkels des Schienenfahrzeugsatzes vorgesehen ist, der an dem der Trommel (21) gegenüberliegenden Radachsenbereich des Schienenfahrzeugradsatzes angreift.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (31) einen Hubzylinder umfasst, der bevorzugt hydraulisch angetrieben ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem der Trommel (21) gegenüberliegenden Ende des Radachsenbereiches eine weitere Haltevorrichtung (29) vorgesehen ist, die an dem freien Radachsenbereich angreift.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an dem der Trommel (21) gegenüberliegenden Ende des Radachsenbereiches die Axialkrafteinrichtung (42) zur Krafteinleitung vorgesehen ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster und zweiter Zylinder der Axialkrafteinrichtung (37, 42) synchron ansteuerbar sind.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (31) und die Axialkrafteinrichtung (42) mit einem zweiten Zylinder mit der weiteren Halteeinrichtung (29) zur Kraft- und/oder Bewegungseinleitung miteinander verbunden sind.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (18) einen Tragarm (34) umfasst, an dem die Axialkrafteinrichtung (37) und die Radialkrafteinrichtung (36) jeweils über ein Gelenk angreifen.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommel (21) liegend gelagert und einseitig offen ausgebildet ist.
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