EP2619065B1 - Schienenfahrzeug mit einer gewichtsoptimierten Anbindung des Fahrwerks an einen Wagenkasten - Google Patents
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- EP2619065B1 EP2619065B1 EP11745766.3A EP11745766A EP2619065B1 EP 2619065 B1 EP2619065 B1 EP 2619065B1 EP 11745766 A EP11745766 A EP 11745766A EP 2619065 B1 EP2619065 B1 EP 2619065B1
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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 a rail vehicle with a weight-optimized connection of the chassis to a car body.
- the way in which the body of a rail vehicle is connected to the chassis has a considerable influence on the dynamic properties of a rail vehicle.
- This connection must meet different requirements.
- a "soft" connection is required, which, however, preclude restrictions, for example, by maintaining the clearance of the track during roll operations.
- Special requirements exist with driven chassis Here, the transfer of train and compressive forces on the car body must be done in an appropriate manner.
- a generic rail vehicle with a weight-optimized connection of the chassis to a car body is from the document US 3,961,584 A known.
- a bogie with a drive or braking system is known, wherein the car body is based on a turntable, which is fixed relative to the box with respect to the carriage longitudinal direction, but can rotate about the vertical axis.
- the turntable is in turn supported on both sides by pivot points on the bogie frame, which is tiltable about the transverse axis relative to the turntable.
- the DE 833 505 shows a bogie with wheelsets mounted in handlebars and arranged in the bogie frame pivot, wherein the resting in the middle of the narrow cross member, axially resiliently formed trunnions connected by means extending in the direction of travel handlebars via so-called Silentblocs with the car body.
- This solution has disadvantages in terms of smoothness and stability, especially at high speeds. It is therefore an object of the invention to further develop the state of the art.
- a rail vehicle with a weight-optimized connection of the type mentioned in which on the chassis frame an upwardly projecting peg-shaped console is provided which projects into a provided on the car body receiving device and in which the recording device the range of motion of the peg-shaped console in limits the way that predetermined roll angle of the car body in the transverse direction and pitch angle of a cross member in the longitudinal direction are not exceeded, with a chassis a low-trailing arm is provided by which the chassis frame is connected to the car body.
- the receiving device has buffers and fixed stops with predetermined stiffness characteristics. This allows the behavior of the limitation to be adapted to the different requirements of proper operation (soft buffer) and of a crash (hard stop).
- the peg-shaped console can be made removable from the chassis frame so as to facilitate installation. It is mounted in the usual way on the cross member.
- the car floor has a closable opening in the car interior in the region of the receiving device. For safety reasons, it is expedient if the receiving device has a lift-off.
- chassis frame is articulated.
- 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 shows a schematic section through a chassis along a longitudinal axis.
- the chassis has an articulated chassis frame comprising at least one cross member 1 and two longitudinal members 3, which are connected to each other via a frame joint 2.
- the cross member of the chassis frame has an additional degree of freedom about its axis transverse to the direction of travel (rolling or pitch), which can lead to impermissibly high angles or paths in which, for example, the clearance profile is injured or chassis components collide with each other.
- 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 range of motion of the peg-shaped console 4 in such a way that predetermined roll angle of the car body 6 in the transverse direction and pitch angle of the cross member 1 in the longitudinal direction are not exceeded.
- the receiving device has 5 buffers and fixed stops with predetermined stiffness characteristics. This allows the behavior of the limitation to be adapted to the different requirements. Thus, in normal operation, a soft buffer is useful, while in a crash, a hard stop is provided.
- a low-lying trailing arm 7 is further provided by which the chassis frame is connected to the car body 6.
- the trailing arm 7 is attached to the cross member 1. Due to the low-lying arrangement of the trailing arm 7 are the Radsatzlastunter Kunststoffe between the wheelsets minimized. As a further advantage, the cross member structure must not be broken.
- FIGS. 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 upwardly projecting pin-shaped bracket 4, which projects into a provided on the car body 6 receiving device 5.
- the receiving device 5 can now either as in Fig. 2 represented by a attached to the bottom of the car body 6, for example, tire-shaped boundary or as in Fig. 3 represented, be formed by a corresponding recess in the bottom of the car body 6.
- the limitation of the rolling motion is as high as possible - sunk in the vehicle floor.
- an upper rail edge higher roll pole is achieved and reduces the roll angle of the car body.
- the vertical stiffness of the primary and / or secondary suspension can be reduced at a constant roll angle by the inventive solution and thus the ride comfort can be increased as well as the roll support eliminated.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit einer gewichtsoptimierten Anbindung des Fahrwerks an 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. - Ein gattungsgemäßes Schienenfahrzeug mit einer gewichtsoptimierten Anbindung des Fahrwerks an einen Wagenkasten ist aus dem Dokument
US 3 961 584 A bekannt. Aus derDE 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.
DieDE 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 einem Schienenfahrzeug 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 Aufnahmevorrichtung 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, wobei bei einem Fahrwerk ein tiefliegender Längslenker vorgesehen ist, durch welchen der Fahrwerkrahmen mit dem Wagenkasten verbunden ist.
- Damit ist eine einfache, robuste und wirkungsvolle Anbindung des Wagenkastens an das Fahrwerk gegeben.
- 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 Querträger 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 Ausführungsform in einer -
Fig.2 und Fig.3 eine schematische Darstellung einer zweiten und dritten Ausführungsform. - 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 Ausführungsformen 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 inFig. 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.
Bezugszeichenliste Querträger 1 Rahmengelenk 2 Längsträger 3 zapfenförmige Konsole 4 Aufnahmevorrichtung 5 Wagenkasten 6 Längslenker 7 Sekundärfedern 8 Fahrwerkrahmen 9 Abhebesicherung 10
Claims (8)
- Schienenfahrzeug mit einer gewichtsoptimierten Anbindung des Fahrwerks an einen Wagenkasten, wobei an dem Fahrwerkrahmen(9) eine nach oben ragende zapfenförmige Konsole(4) vorgesehen ist, die in eine am Wagenkasten (6) vorgesehene Aufnahmevorrichtung(5) ragt und wobei die Aufnahmevorrichtung(5) den Bewegungsspielraum der zapfenförmigen Konsole(4) in der Weise begrenzt, dass vorgegebene Wankwinkel des Wagenkastens (6) in Querrichtung und Nickwinkel eines Querträgers(1) in Längsrichtung nicht überschritten werden,
dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Fahrwerk ein tiefliegender Längslenker (7) vorgesehen ist, durch welchen der Fahrwerkrahmen mit dem Wagenkasten(6) verbunden ist. - Schienenfahrzeug mit einer gewichtsoptimierten Anbindungdes Fahrwerks an einen Wagenkasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung (5) Puffer und Festanschläge mit vorgegebenen Steifigkeitskennlinien aufweist.
- Schienenfahrzeug mit einer gewichtsoptimierten Anbindung des Fahrwerks an einen Wagenkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zapfenförmige Konsole(4) vom Fahrwerkrahmen (9) abnehmbar gestaltet ist.
- Schienenfahrzeug mit einer gewichtsoptimierten Anbindung des Fahrwerks an einen Wagenkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zapfenförmige Konsole (4) am Querträger (1) angebracht ist.
- Schienenfahrzeug mit einer gewichtsoptimierten Anbindung des Fahrwerks an einen Wagenkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wagenboden im Bereich der Aufnahmevorrichtung (5)eine verschließbare Öffnung in das Wageninnere aufweist.
- Schienenfahrzeug mit einer gewichtsoptimierten Anbindung des Fahrwerks an einen Wagenkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung (5) eine Abhebesicherung (10)aufweist.
- Schienenfahrzeug mit einer gewichtsoptimierten Anbindung des Fahrwerks an einen Wagenkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrwerkrahmen (9)gelenkig ausgeführt ist.
- Schienenfahrzeug mit einer gewichtsoptimierten Anbindung des Fahrwerks an einen Wagenkasten nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung(5) als Teil eines Wagenkastenquerträgers ausgebildet oder mit diesem verbunden ist.
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