EP2619065A1 - Gewichtsoptimierte anbindung des fahrwerks eines schienenfahrzeuges an einen wagenkasten - Google Patents

Gewichtsoptimierte anbindung des fahrwerks eines schienenfahrzeuges an einen wagenkasten

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EP2619065A1
EP2619065A1 EP11745766.3A EP11745766A EP2619065A1 EP 2619065 A1 EP2619065 A1 EP 2619065A1 EP 11745766 A EP11745766 A EP 11745766A EP 2619065 A1 EP2619065 A1 EP 2619065A1
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EP
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chassis
car body
rail vehicle
weight
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Thilo Hoffmann
Thomas Meissl
Armin Schank
Gerhard Weilguni
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Siemens Mobility GmbH
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Siemens AG Oesterreich
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
    • B61F5/22—Guiding of the vehicle underframes with respect to the bogies
    • B61F5/24—Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes

Definitions

  • the invention relates to the weight-optimized
  • Rail vehicle is connected to the chassis, has significant influence on the dynamic characteristics of a rail vehicle. This connection must meet different requirements. So is for comfort reasons, but also for a good wheel-rail contact, which in terms of a high
  • Car longitudinal direction is fixed, but around the
  • the turntable is supported on both sides via pivot points on the
  • Bogie frame which is tiltable about the transverse axis relative to the turntable. This solution is very elaborate, moreover, at high speeds, longitudinal
  • DE 833 505 shows a bogie with wheelsets mounted in handlebars and one in the
  • Bogie frame arranged pivot, wherein the resting in the middle of the narrow cross member, axially resiliently formed trunnions via means in
  • the receiving device is formed by a recess of the carbody bottom.
  • Trailing arm is provided by which of
  • Chassis frame is connected to the car body.
  • the peg-shaped console can be made removable from the chassis frame so as to assemble
  • the car floor in the area of the receiving device a closable opening in the car interior
  • the receiving device has a lift-off. It is also advantageous if the chassis frame is articulated. By a flexible or articulated chassis frame the derailment safety is increased and allows a higher load and thus payload on the chassis.
  • the receiving device is formed as part of a car body cross member or connected thereto.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a first imple mentation form in one
  • FIG. 1 shows a schematic section through a chassis along a longitudinal axis.
  • the chassis has an articulated chassis frame, the at least one cross member 1 and two
  • Longitudinal member 3 includes, which are interconnected via a frame joint 2.
  • Chassis frame an additional degree of freedom about its axis transverse to the direction of travel (roles or
  • the chassis frame is an upwardly projecting pin-shaped bracket 4, which projects into a provided on the car body 6 receiving device 5.
  • the receiving device 5 limits the
  • the receiving device 5 buffers and fixed stops with predetermined
  • a low-lying trailing arm 7 is provided, through which the chassis frame is connected to the car body 6.
  • Trailing arm 7 attached to the cross member 1. Due to the low-lying arrangement of the trailing arm 7 are the Radsatzlastunterowskie between the wheelsets minimized. Another advantage must be the
  • Cross member structure can not be broken.
  • Figures 2 and 3 show further embodiments of the invention with reference to a schematic representation of a section across a rail vehicle.
  • the illustrations include a car body 6, which is supported on secondary springs 8 on a chassis frame 9. This has an upstanding
  • peg-shaped bracket 4 is on, in an am
  • the receiving device 5 can now either as shown in Fig. 2, by a at the bottom of the
  • Rail vehicle also comply with restrictions on the route, i. E. it may be the so-called
  • Car body does not have a defined limit
  • the roll angle is determined in particular by the following chassis components and their parameters - primary and secondary suspension: vertical stiffnesses and installation position,
  • Transverse suspension incl force-displacement characteristic curve and installation position

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Body Structure For Vehicles (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)
  • Telephone Set Structure (AREA)
  • Vibration Dampers (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine gewichtsoptimierte Anbindung des Fahrwerks eines Schienenfahrzeuges an einen Wagenkasten (6), wobei an dem Fahrwerkrahmen (9) eine nach oben ragende zapfenförmige Konsole (4) vorgesehen ist, die in eine am Wagenkasten vorgesehene Aufnahmevorrichtung (5) ragt und dass die Aufnahmevorrichtung den Bewegungsspielraum der zapfenförmige Konsole in der Weise begrenzt, dass vorgegebene Wankwinkel des Wagenkastens in Querrichtung und Nickwinkel eines Querträgers (1) in Längsrichtung nicht überschritten werden.

Description

Gewichtsoptimierte Anbindung des Fahrwerks eines
Schienenfahrzeuges an einen Wagenkasten
Die Erfindung betrifft die gewichtsoptimierte
Anbindung des Fahrwerks eines Schienenfahrzeug
einen Wagenkasten.
Die Art und Weise, wie der Wagenkasten eines
Schienenfahrzeuges an das Fahrwerk angebunden ist, hat erheblichen Einfluss auf die dynamischen Eigenschaften eines Schienenfahrzeuges. Dabei muss diese Anbindung unterschiedlichen Anforderungen gerecht werden. So ist aus Komfortgründen, aber auch für einen guten Rad- Schiene Kontakt, der in Hinblick auf eine hohe
Entgleisungssicherheit notwendig ist, eine „weiche"
Anbindung erforderlich, der allerdings Einschränkungen beispielsweise durch das einzuhaltende Lichtraumprofil der Strecke bei Wankvorgängen entgegenstehen.
Besondere Anforderungen bestehen bei angetriebenen Fahrwerken. Hier muss die Übertragung von Zug und Druckkräften auf den Wagenkasten in geeigneter Weise erfolgen . Aus der DE 1 530 155 ist ein Drehgestell mit einem Antriebs- oder Bremssystem bekannt, wobei sich der Wagenkasten auf einen Drehschemel stützt, der
gegenüber dem Kasten in Bezug auf die
Wagenlängsrichtung fest ist, sich aber um die
Hochachse drehen kann. Der Drehschemel stützt sich seinerseits beidseitig über Drehpunkte auf dem
Drehgestellrahmen, der um die Querachse gegenüber dem Drehschemel neigbar ist. Diese Lösung ist sehr aufwändig, darüber hinaus können bei hohen Geschwindigkeiten longitudinale
Erregerkräfte auftreten, die den Wagen zu vertikalen Biegeschwingungen anregen.
Die DE 833 505 zeigt ein Drehgestell mit in Lenkern gelagerten Radsätzen und einem in dem
Drehgestellrahmen angeordneten Drehzapfen, wobei der in der Mitte des schmalen Querträgers ruhende, axial federnd ausgebildete Drehzapfen über mittels in
Fahrtrichtung verlaufender Lenkerstangen über
sogenannte Silentblocs mit dem Wagenkasten verbunden.
Diese Lösung weist vor allem bei hohen
Geschwindigkeiten Nachteile in Bezug auf Laufruhe und Stabilität auf.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, den Stand der Technik weiterzuentwickeln.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer
gewichtsoptimierten Anbindung der eingangs genannten Art gelöst, bei der an dem Fahrwerkrahmen eine nach oben ragende zapfenförmige Konsole vorgesehen ist, die in eine am Wagenkasten vorgesehene Aufnahme¬ vorrichtung ragt und bei der die Aufnahmevorrichtung den Bewegungsspielraum der zapfenförmige Konsole in der Weise begrenzt, dass vorgegebene Wankwinkel des Wagenkastens in Querrichtung und Nickwinkel eines Querträgers in Längsrichtung nicht überschritten werden . Damit ist eine einfache, robuste und wirkungsvolle Anbindung des Wagenkastens an das Fahrwerk gegeben.
Vorteilhaft ist es, wenn die Aufnahmevorrichtung durch eine Ausnehmung des Wagenkastenbodens gebildet ist.
Insbesondere bei einem Fahrwerk mit Antrieb ist es weiterhin vorteilhaft, wenn ein tiefliegender
Längslenker vorgesehen ist durch welchen der
Fahrwerkrahmen mit dem Wagenkasten verbunden ist.
Günstig ist es überdies, wenn die Aufnahmevorrichtung Puffer und Festanschläge mit vorgegebenen
Steifigkeitskennlinien aufweist. Damit kann das
Verhalten der Begrenzung an die unterschiedlichen Anforderungen im ordnungsgemäßen Betrieb (weicher Puffer) und bei einem Crash (harter Anschlag)
angepasst werden.
Die zapfenförmige Konsole kann vom Fahrwerkrahmen abnehmbar gestaltet sein um so die Montage zu
erleichtern. Sie ist in üblicher Weise am Querträge angebracht .
Für Service und Montagezwecke ist es überdies günstig, wenn der Wagenboden im Bereich der Aufnahmevorrichtung eine verschließbare Öffnung in das Wageninnere
aufweist .
Aus Sicherheitsgründen ist es zweckmäßig, wenn die Aufnahmevorrichtung eine Abhebesicherung aufweist. Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn der Fahrwerkrahmen gelenkig ausgeführt ist. Durch einen flexiblen oder gelenkigen Fahrwerkrahmen wird die Entgleisungssicherheit erhöht und eine höherer Auflast und damit Zuladung auf das Fahrwerk ermöglicht.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Aufnahmevorrichtung als Teil eines Wagenkastenquerträgers ausgebildet oder mit diesem verbunden ist.
Zur näheren Darstellung der Erfindung sind 3
Zeichnungen beigefügt.
Es zeigen beispielhaft:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Aus führungs form in einer
Fig.2 und Fig.3 eine schematische Darstellung einer zweiten und dritten Aus führungs form.
Die Darstellung nach Fig. 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein Fahrwerk entlang einer Längsachse. Das Fahrwerk weist einen gelenkigen Fahrwerkrahmen auf, der zumindest einen Querträger 1 und zwei
Längsträger 3 umfasst, die über ein Rahmengelenk 2 miteinander verbunden sind.
Durch einen flexiblen oder gelenkigen Fahrwerkrahmen wird zwar die Entgleisungssicherheit erhöht und eine höherer Auflast und damit Zuladung auf das Fahrwerk ermöglicht. Allerdings hat der Querträger des
Fahrwerkrahmens einen zusätzlichen Freiheitsgrad um seine Achse quer zur Fahrtrichtung (Rollen bzw.
Nicken) , wodurch es zu unzulässig hohen Winkeln bzw. Wegen kommen kann, bei denen z.B. das Lichtraumprofil verletzt wird oder Fahrwerkbauteile miteinander kollidieren .
Erfindungsgemäß weist der Fahrwerkrahmen eine nach oben ragende zapfenförmige Konsole 4 auf ist, die in eine am Wagenkasten 6 vorgesehene Aufnahmevorrichtung 5 ragt. Die Aufnahmevorrichtung 5 begrenzt den
Bewegungsspielraum der zapfenförmigen Konsole 4 in der Weise dass vorgegebene Wankwinkel des Wagenkastens 6 in Querrichtung und Nickwinkel des Querträgers 1 in Längsrichtung nicht überschritten werden.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Aufnahmevorrichtung 5 Puffer und Festanschläge mit vorgegebenen
Steifigkeitskennlinien aufweist. Damit kann das
Verhalten der Begrenzung an die unterschiedlichen Anforderungen angepasst werden. So ist im
ordnungsgemäßen Betrieb ein weicher Puffer zweckmäßig, während bei einem Crash ein harter Anschlag vorgesehen wird .
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist
weiterhin ein tiefliegender Längslenker 7 vorgesehen, durch welchen der Fahrwerkrahmen mit dem Wagenkasten 6 verbunden ist. Im Ausführungsbeispiel ist der
Längslenker 7 am Querträger 1 befestigt. Durch die tiefliegende Anordnung des Längslenkers 7 werden die Radsatzlastunterschiede zwischen den Radsätzen minimiert. Als weiterer Vorteil muß die
Querträgerstruktur nicht durchbrochen werden.
Die Figuren 2 und 3 zeigen weitere Aus führungs formen der Erfindung anhand einer schematischen Darstellung eines Schnittes quer durch ein Schienenfahrzeug.
Die Darstellungen umfassen einen Wagenkasten 6, der sich über Sekundärfedern 8 auf einem Fahrwerkrahmen 9 abstützt. Dieser weist eine nach oben ragende
zapfenförmige Konsole 4 auf ist, die in eine am
Wagenkasten 6 vorgesehene Aufnahmevorrichtung 5 ragt. Die Aufnahmevorrichtung 5 kann nun entweder wie in Fig. 2 dargestellt, durch eine am Boden des
Wagenkastens 6 angebrachte, beispielsweise
reifenförmige Begrenzung oder aber, wie in Fig. 3 dargestellt, durch eine entsprechende Ausnehmung im Boden des Wagenkastens 6 gebildet sein. Dazu noch die folgenden Erläuterungen:
Unter gegebenen Randbedingungen wie insbesondere der Wagenkastenmasse incl . Zuladung und der zugehörigen Schwerpunkte, der Fahrgeschwindigkeit, des Bogenradius und der Überhöhung der Strecke muss ein
Schienenfahrzeug auch Einschränkungen in Bezug auf den Fahrweg einhalten, d.h. es darf das sogenannte
Lichtraumprofil nicht verletzen.
Dies ist dann erfüllt, wenn der Wankwinkel des
Wagenkastens eine definierte Grenze nicht
überschreitet . Der Wankwinkel wird insbesondere durch folgende Fahrwerkbauteile und ihre Parameter bestimmt - Primär- und Sekundärfederung: Vertikalsteifigkeiten und Einbaulage,
- Wankstütze (wenn vorhanden) : Steifigkeit und
Einbaulage,
- Querfederung incl . Queranschlag: Kraft-Weg-Kennlinie und Einbaulage,
- Luftfedersteuerung (wenn vorhanden) : Kennlinie.
Aufgrund der Massen, Schwerpunktshöhen, Steifigkeiten und Geometrien ergibt sich ein Wankpol und ein
Wankwinkel des Wagenkastens.
Bei der Festlegung der genannten Parameter müssen insbesondere zusätzlich noch die Vorgaben hinsichtlich der Entgleisungssicherheit und des Fahrkomforts eingehalten werden.
Erfindungsgemäß erfolgt die Begrenzung der
Wankbewegung so hoch wie möglich - im Fahrzeugboden versenkt. Dadurch wird ein über Schienenoberkante höherer Wankpol erreicht und der Wankwinkel des
Wagenkastens reduziert. Unter gleichen Randbedingungen können bei konstantem Wankwinkel durch die
erfindungsgemäße Lösung sowohl die
Vertikalsteifigkeiten von Primär- und/oder
Sekundärfederung reduziert und damit der Fahrkomfort erhöht werden als auch die Wankstütze entfallen. Bezugs zeichenliste Querträger 1
Rahmengelenk 2
Längsträger 3 zapfenförmige Konsole 4
Aufnahmevorrichtung 5 Wagenkasten 6
Längslenker 7
Sekundärfedern 8
Fahrwerkrahmen 9
Abhebesicherung 10

Claims

Patentansprüche
1) Gewichtsoptimierte Anbindung des Fahrwerks eines Schienenfahrzeuges an einen Wagenkasten, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Fahrwerkrahmen ( 9 ) eine nach oben ragende zapfenförmige Konsole (4)
vorgesehen ist, die in eine am Wagenkasten (6) vorgesehene Aufnahmevorrichtung ( 5 ) ragt und dass die Aufnahmevorrichtung ( 5 ) den Bewegungsspielraum der zapfenförmige Konsole (4) in der Weise begrenzt, dass vorgegebene Wankwinkel des Wagenkastens (6) in
Querrichtung und Nickwinkel eines Querträgers ( 1 ) in Längsrichtung nicht überschritten werden.
2) Gewichtsoptimierte Anbindung des Fahrwerks eines Schienenfahrzeuges an einen Wagenkasten nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Aufnahmevorrichtung (5) durch eine Ausnehmung des Wagenkastenbodens gebildet ist.
3) Gewichtsoptimierte Anbindung des Fahrwerks eines Schienenfahrzeuges an einen Wagenkasten nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Fahrwerk ein tiefliegender Längslenker (7) vorgesehen ist, durch welchen der Fahrwerkrahmen mit dem Wagenkasten ( 6 ) verbunden ist.
4) Gewichtsoptimierte Anbindung des Fahrwerks eines Schienenfahrzeuges an einen Wagenkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung (5) Puffer und Festanschläge mit vorgegebenen Steifigkeitskennlinien aufweist. 5) Gewichtsoptimierte Anbindung des Fahrwerks eines Schienenfahrzeuges an einen Wagenkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zapfenförmige Konsole (4) vom Fahrwerkrahmen (9) abnehmbar gestaltet ist.
6) Gewichtsoptimierte Anbindung des Fahrwerks eines Schienenfahrzeuges an einen Wagenkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zapfenförmige Konsole (4) am Querträger (1) angebracht ist.
7) Gewichtsoptimierte Anbindung des Fahrwerks eines Schienenfahrzeuges an einen Wagenkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wagenboden im Bereich der Aufnahmevorrichtung (5) eine verschließbare Öffnung in das Wageninnere aufweist . 8) Gewichtsoptimierte Anbindung des Fahrwerks eines Schienenfahrzeuges an einen Wagenkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, das die Aufnahmevorrichtung (5) eine Abhebesicherung (10) aufweist .
9) Gewichtsoptimierte Anbindung des Fahrwerks eines Schienenfahrzeuges an einen Wagenkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrwerkrahmen (9) gelenkig ausgeführt ist. 10) Gewichtsoptimierte Anbindung des Fahrwerks eines Schienenfahrzeuges an einen Wagenkasten nach Aeinem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung ( 5 ) als Teil eines
Wagenkastenquerträgers ausgebildet oder mit diesem verbunden ist.
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