EP2939898A1 - Bogie for railway vehicles with three wheel sets - Google Patents
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- EP2939898A1 EP2939898A1 EP15162533.2A EP15162533A EP2939898A1 EP 2939898 A1 EP2939898 A1 EP 2939898A1 EP 15162533 A EP15162533 A EP 15162533A EP 2939898 A1 EP2939898 A1 EP 2939898A1
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- 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
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- B61F3/02—Types of bogies with more than one axle
- B61F3/04—Types of bogies with more than one axle with driven axles or wheels
- B61F3/06—Types of bogies with more than one axle with driven axles or wheels with three or more axles
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- 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
- B61F5/38—Arrangements or devices for adjusting or allowing self- adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves, e.g. sliding axles, swinging axles
Definitions
- the invention relates to a chassis for rail vehicles with three wheelsets, the wheelsets, formed by a middle gear and two Endrad arrangements are arranged in a chassis frame, each comprise a Radsatzlagergephinuse, wherein at least the two Endrad algorithms are turnable against the longitudinal direction of the chassis frame when cornering ,
- an adjustable biaxial bogie is known, as in the CH 670 228 A5 is described.
- the wheelsets when driving through curves are each automatically, without control or regulation effort, in particular set without additional adjustment, substantially radially to the traversed curve.
- the wheelsets are arranged on the drive by means of oblique link to the bogie that a rotational movement about a vertical axis (vertical axis) is possible to the center of the wheelset.
- a three-axle bogie which has a radial control for the radial deflection of the wheel sets of the bogie.
- the wheelsets are mounted elastically on the chassis frame, wherein by means of steering linkage, trailing arm, handlebars, coupling rods and angle levers with arms arranged thereon, the radial deflection of the wheelsets is possible.
- a drive has the task to transmit torques to the wheel and to generate tensile forces in the longitudinal direction.
- Transverse forces are a type of load for which the drive is normally not designed.
- Another disadvantage is therefore that the drive for this unusual loading direction must be dimensioned and in particular the drive bearing must be able to transmit these forces.
- the track forces and wear are reduced as the wheelsets adjust radially, that is, as they align with the center of the arc.
- the starting angle of the wheels is very small or zero.
- the wheel sets show the tendency to set themselves radially. This behavior is supported when the wheelsets are coupled together. This means that their rotational movements depend on each other. This coupling can be done for example via a mechanical linkage. If two sets of wheels of a two-axle vehicle or bogie are connected in this way and they can freely adjust radially, but they go unstable, even at low speeds. To achieve stability, the wheelsets must be limited by certain stiffness, but then again the radial adjustment in the bow hinder.
- the object of the invention is therefore to provide an adjustable suspension with three wheelsets for a rail vehicle, which allows a radial adjustment of the wheelsets without control or control effort and in which reduces the number of parts and thus a simple construction of the chassis is possible.
- the invention relates to a chassis which receives in its chassis frame three sets of wheels.
- the chassis frame may be part of a bogie (bogie frame) or frame of a rail vehicle equipped with three wheelsets (vehicle frame, especially locomotive frame).
- the basic idea of the solution is a novel mechanical coupling of the movements of the three wheelsets with respect to the track level.
- special guide frames are attached to the wheelset bearing housings.
- the coupling of two adjacently installed in the vehicle wheel sets (first Endradsatz with Mittelradsatz or Mittelradsatz with second Endradsatz) is carried out by their mutually facing guide frame with respect to the vehicle longitudinal direction centrally between two wheelsets or in the immediate vicinity to be connected to one or more fasteners.
- the connecting elements may have properties of a spring (stiffness) and / or a damper (damping element) and / or a joint (selection in the transmission of degrees of freedom).
- Their geometric orientation in the vehicle depends on the optimization goal of the suspension design.
- the entire coupling system creates an additional mutual influenceability of all three wheelsets arranged in the chassis frame.
- the coupling principle is equally integrated in powered or non-driven chassis.
- Conceivable drive principles are, for example, a hydromechanical power transmission, in which a final drive is driven from the outside via a drive or propeller shaft, or an electric wheelset drive consisting of engine, transmission and any additional elements.
- Suspensions eg pendulum supports
- Suspensions eg pendulum supports
- rail vehicles with three sets of wheels which are typically designed as shunting locomotives in rigid frame design, have a relation to their leading length (defined by the distance of Endrad accounts each other) large moment of inertia around the vehicle's vertical axis.
- conventional vehicles of this type sometimes come at relatively low speeds into a limit cycle of the shaft running, the unintentionally high lateral force dynamics between the wheel and rail and the negative impact on driving safety and vibration behavior with increasing vehicle speed.
- the novel coupling principle advantageously offers the possibility of choosing the physical properties of the connecting elements arranged between the guide frames in such a way that, in addition to the good cornering properties, the driving stability also improves. In practice, this has the benefit of increased maximum permissible vehicle speed. This advantageously leads to a more flexible use in the line service.
- the novel coupling solution represents a chassis optimization, with which the classic target conflict between good arc driving behavior on the one hand and driving stability at higher speeds on the other hand is solved to an operationally interesting extent.
- this is characterized by its robust, passive-acting and purely mechanical operation and requires no fine adjustment during installation and maintenance due to existing structural tolerances.
- the guide frames are not loaded with braking and in the case of a powered vehicle with traction forces.
- the avoidance of large starting angles of the EndradA is also achieved by the fact that the Endrad apparatus can adjust radially to the track curve. This makes it possible to travel on curves without flange start. There is a minimized flange wear on the Endrad enginesn a. In addition, a uniform uniform profile wear between the final and middle wheel set is achieved.
- a complex and fault-prone solution is avoided by dispense with actively working suspension components and the use of electrical, hydraulic, pneumatic or combined elements working in the chassis.
- Predominantly passive mechanical components allow a robust use. As a result, the maintenance cycles are larger and can be performed by a normal workshop personnel.
- a chassis 1 shown that receives in its chassis frame 2 three sets of wheels 3, 4, 5.
- the chassis frame 2 may be part of a bogie not shown in the drawings (bogie frame) or frame of a vehicle equipped with three wheels rail vehicle (vehicle frame, especially locomotive frame).
- the three sets of wheels, a first Endradsatz 3, a Mittelradsatz 4 and a second Endradsatz 5 are rotatably arranged with respect to the track plane.
- the rotational movement takes place via the vertical axis 6, 7, 8, which is formed perpendicular to the longitudinal extent of the chassis frame 2 -
- the wheelsets each have a Radsatzlagergephinuse 9, 10, 11.
- the guide frame 12, 13, 14, 15 configured U-shaped and has two leg members 16, 17, which via a Connecting element 18 are connected. The free ends of the leg members 16, 17 engage the respective axle box housing 9, 10, 11.
- the first Endradsatz 3 and the second Endradsatz 5 a guide frame 12, 15, which is aligned to the Mittelradsatz 4.
- the Mittelradsatz 4 has a first guide frame 13, which is aligned to the first Endradsatz 3 and another guide frame 14, which is aligned to the other Endradsatz 5.
- the respectively facing each other guide frames 12, 13, 14, 15 are connected to one or more coupling elements 20, 21, such that each wheel set 3, 4, 5 can turn out about the vertical axis 7, 8.
- the coupling elements 20, 21 may have the properties of a spring (stiffness) and / or a damper (damping member) and / or a joint (selection in the transmission of degrees of freedom). Their geometric orientation in the vehicle depends on the optimization goal of the suspension design.
- the first coupling element 20 which is arranged between the first Endradsatz 3 and the Mittelradsatz 4 is formed as a transverse link.
- the further coupling element 21, which is arranged between the middle gear 4 and the other end wheel 5, has transverse damper.
- the entire coupling system generates an additional mutual influenceability of all three arranged in the chassis frame 2 wheelsets 3, 4, 5 (schematically in Fig. 1 shown).
- the brakes 40, 41, 42 are each arranged on a wheelset 3, 4, 5 and cross members 22, 23, 24 (only in Fig. 3 exemplified) and coupled to each other from the rest of the guide frame 12, 13, 14, 15.
- the longitudinal forces from brakes and in the case of a driven vehicle of traction are transmitted to the chassis frame 2 per wheel set 3, 4, 5 by a train-pressure rod 28, 29, 30 mounted centrally and at a low position on the wheelset drive with respect to the wheelset transverse direction.
- This central arrangement is necessary so that a wheel set 3, 4, 5 does not rotate relative to the chassis frame 2 about the corresponding vertical axis under longitudinal force.
- As an installation position can be used for the train-pressure rod 28, 29, 30, the horizontal or inclined in the vehicle longitudinal direction for application.
- torque arm 34, 35, 36 with its one end to the wheelset 3, 4, 5, preferably in a central arrangement, for example in the region of the transmission 25, 26, 27 and with the other end to the vehicle frame. 2 is arranged.
- torque arm 34, 35, 36 of the wheelset 3, 4, 5 can be arranged or aligned differently (eg, perpendicular to a classic electric wheel drive).
- suspension elements 32, 33 eg pendulum supports
- the traction takes place via a drive 19, which transmits the torque via drive shafts 37, 38, 39 via the gears 25, 26, 27 to the respective wheelsets 3, 4, 5.
- the novel coupling principle offers the possibility of choosing the physical properties of the connecting elements arranged between the guide frames in such a way that, in addition to the good curve-driving properties described above, the driving stability also improves. In practice, this has the benefit of increased maximum permissible vehicle speed.
- the novel coupling solution represents a chassis optimization, with which the classic target conflict between good arc behavior on the one hand and driving stability at higher speeds on the other hand in the operationally interesting scope is solvable. It is characterized by its robust, passive and purely mechanical mode of operation and requires no fine adjustment during installation and maintenance due to existing structural tolerances.
- the guide frames are not loaded with braking and in the case of a powered vehicle with traction forces.
- the presented design is a cost-effective suspension, since all three wheelsets in the chassis frame, including the housing, structurally identical and therefore interchangeable with each other in the context of repair.
Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrwerk für Schienenfahrzeuge mit drei Radsätzen, wobei die Radsätze, gebildet durch einen Mittelradsatz und zwei Endradsätze, in einem Fahrwerkrahmen angeordnet sind, jeweils ein Radsatzlagergehäuse umfassen, wobei zumindest die beiden Endradsätze bei Kurvenfahrt gegenüber der Längsrichtung des Fahrwerkrahmens ausdrehbar sind. Die Grundidee der Lösung ist eine neuartige mechanische Kopplung der Bewegungen der drei Radsätze (3, 4, 5) bezüglich der Gleisebene. An den Radsatzlagergehäusen (9, 10, 11) werden dazu spezielle Führrahmen (12, 13, 14, 15) befestigt. Die Kopplung zweier einander benachbart im Fahrzeug eingebauter Radsätze (erster Endradsatz (3) mit Mittelradsatz (4) bzw. Mittelradsatz (4) mit zweitem Endradsatz (5)) erfolgt, indem deren einander zugewandte Führrahmen (12, 13, 14, 15) bezüglich der Fahrzeuglängsrichtung mittig zwischen beiden Radsätzen bzw. in unmittelbarer Nähe dazu mit einem oder mehreren Kopplungselementen (20, 21) verbunden werden.The invention relates to a chassis for rail vehicles with three wheelsets, the wheelsets, formed by a middle gear and two Endradsätze are arranged in a chassis frame, each comprise a Radsatzlagergehäuse, wherein at least the two Endradsätze are turnable against the longitudinal direction of the chassis frame when cornering , The basic idea of the solution is a novel mechanical coupling of the movements of the three wheelsets (3, 4, 5) with respect to the track level. At the wheelset bearing housings (9, 10, 11) special guide frame (12, 13, 14, 15) are attached. The coupling of two wheelsets (first end wheel set (3) with middle wheel set (4) or middle wheel set (4) with second end wheel set (5) installed adjacent to one another in the vehicle takes place by their mutually facing guide frames (12, 13, 14, 15) the vehicle longitudinal direction centrally between two sets of wheels or in the immediate vicinity of one or more coupling elements (20, 21) are connected.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrwerk für Schienenfahrzeuge mit drei Radsätzen, wobei die Radsätze, gebildet durch einen Mittelradsatz und zwei Endradsätze, in einem Fahrwerkrahmen angeordnet sind, jeweils ein Radsatzlagergehäuse umfassen, wobei zumindest die beiden Endradsätze bei Kurvenfahrt gegenüber der Längsrichtung des Fahrwerkrahmen ausdrehbar sind.The invention relates to a chassis for rail vehicles with three wheelsets, the wheelsets, formed by a middle gear and two Endradsätze are arranged in a chassis frame, each comprise a Radsatzlagergehäuse, wherein at least the two Endradsätze are turnable against the longitudinal direction of the chassis frame when cornering ,
An Drehgestelle für Schienenfahrzeuge wird oft die Anforderung gestellt, dass hohe Kurvengeschwindigkeiten in zumeist engen Kurven bewältigbar sind. Dazu ist ein einstellbares zweiachsiges Drehgestell bekannt, wie es in der
Ferner ist aus der
Bei diesem dreiachsigen Drehgestell ist die Radialeinstellung der Radsätze zwar möglich, jedoch besteht der Nachteil darin, dass das Steuergestänge neben den auftretenden Koppelkräften zusätzlich Kräfte aus der Traktion aufnehmen bzw. übertragen muss.In this three-axle bogie, the radial adjustment of the wheel sets is indeed possible, but the disadvantage is that the control link in addition to the coupling forces occurring absorb additional forces from the traction or must be transmitted.
Aus der
Die Gleiskräfte und der Verschleiß werden verringert, wenn sich die Radsätze radial einstellen, das heißt, wenn sie sich nach dem Bogenmittelpunkt ausrichten. Damit wird der Anlaufwinkel der Räder sehr klein oder zu null. Die Radsätze zeigen aufgrund der Geometrie von Radprofil und Schiene die Tendenz sich selbst radial einzustellen. Dieses Verhalten wird unterstützt, wenn die Radsätze miteinander gekoppelt sind. Das bedeutet, ihre Drehbewegungen hängen voneinander ab. Diese Kopplung kann beispielsweise über ein mechanisches Gestänge erfolgen. Wenn zwei Radsätze eines zweiachsigen Fahrzeuges oder Drehgestells in dieser Weise miteinander verbunden sind und sie sich ungehindert radial einstellen können, dann fahren sie allerdings instabil, und zwar schon bei kleinen Geschwindigkeiten. Um dennoch Stabilität zu erreichen, müssen die Radsätze durch bestimmte Steifigkeiten eingeschränkt werden, die aber dann wieder die radiale Einstellung im Bogen behindern. Damit ist also für zweiachsige Fahrwerke die Forderung nach stabiler Fahrt und idealer Einstellung im Bogen, zumindest mit Hilfe einer passiven Kopplung, nicht gleichzeitig optimal erfüllbar. Wenn dagegen drei Radsätze mit passiven Mitteln gekoppelt sind, dann sind beide Ziele, das zeigen Untersuchungen, miteinander vereinbar.The track forces and wear are reduced as the wheelsets adjust radially, that is, as they align with the center of the arc. Thus, the starting angle of the wheels is very small or zero. Due to the geometry of the wheel profile and rail, the wheel sets show the tendency to set themselves radially. This behavior is supported when the wheelsets are coupled together. This means that their rotational movements depend on each other. This coupling can be done for example via a mechanical linkage. If two sets of wheels of a two-axle vehicle or bogie are connected in this way and they can freely adjust radially, but they go unstable, even at low speeds. To achieve stability, the wheelsets must be limited by certain stiffness, but then again the radial adjustment in the bow hinder. So that is the requirement for stable ride and ideal setting in the bow, at least with the help of a passive coupling, not optimally fulfilled at the same time for two-axle chassis. If, on the other hand, three sets of wheels are coupled with passive means, then both objectives, investigations show, are compatible.
An Fahrwerken mit drei Radsätzen werden besondere Anforderungen gestellt. Hinsichtlich der Befahrbarkeit von Strecken wird erwartet, dass diese uneingeschränkt nutzbar sind. Dabei soll die zulässige Gleisbeanspruchung auch bei Fahrten in Bögen, insbesondere in Gleisquerrichtung, eingehalten werden, um hochwertige Fahrwegelemente, wie beispielsweise Weichenzungen durch Minimierung der auftretenden Querkräfte zu schonen. Da Drehgestelle mit drei Radsätzen insbesondere im Schwerlastbetrieb eingesetzt werden, ist bei der Auslegung dieser darauf zu achten, dass ein Einsatz auf Industrie- und Anschlussgleisen mit engen Bogenhalbmessern möglich ist. Zudem wird gefordert, dass eine hohe Stabilität auch bei höheren Geschwindigkeiten gegeben ist.On trolleys with three wheelsets special requirements are made. With regard to the trafficability of routes, it is expected that these will be fully usable. In this case, the allowable track stress even when driving in arches, especially in track transverse direction, to be respected in order to preserve high-quality track elements, such as switch blades by minimizing the transverse forces occurring. Since bogies with three wheelsets are used especially in heavy-duty operations, it must be ensured when designing them that they can be used on industrial and connecting tracks with narrow radiuses. In addition, it is required that a high stability is given even at higher speeds.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein einstellbares Fahrwerk mit drei Radsätzen für ein Schienenfahrzeug anzugeben, welches eine Radialeinstellung der Radsätze ohne Steuer- oder Regelaufwand ermöglicht und bei dem die Anzahl der Teile reduziert und damit ein einfacher Aufbau des Fahrwerks möglich ist.The object of the invention is therefore to provide an adjustable suspension with three wheelsets for a rail vehicle, which allows a radial adjustment of the wheelsets without control or control effort and in which reduces the number of parts and thus a simple construction of the chassis is possible.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is solved by the features of
Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrwerk, welches in seinem Fahrwerksrahmen drei Radsätze aufnimmt. Der Fahrwerksrahmen kann Bestandteil eines Drehgestells (Drehgestellrahmen) oder Rahmen eines mit drei Radsätzen ausgestatteten Schienenfahrzeugs (Fahrzeugrahmen, insbesondere Lokrahmen) sein.The invention relates to a chassis which receives in its chassis frame three sets of wheels. The chassis frame may be part of a bogie (bogie frame) or frame of a rail vehicle equipped with three wheelsets (vehicle frame, especially locomotive frame).
Die Grundidee der Lösung ist eine neuartige mechanische Kopplung der Bewegungen der drei Radsätze bezüglich der Gleisebene. An den Radsatzlagergehäusen werden dazu spezielle Führrahmen befestigt. Die Kopplung zweier einander benachbart im Fahrzeug eingebauter Radsätze (erster Endradsatz mit Mittelradsatz bzw. Mittelradsatz mit zweitem Endradsatz) erfolgt, indem deren einander zugewandte Führrahmen bezüglich der Fahrzeuglängsrichtung mittig zwischen beiden Radsätzen bzw. in unmittelbarer Nähe dazu mit einem oder mehreren Verbindungselementen verbunden werden. Die Verbindungselemente können Eigenschaften einer Feder (Steifigkeit) und bzw. oder eines Dämpfers (Dämpfungsglied) und bzw. oder eines Gelenks (Selektion in der Übertragung von Freiheitsgraden) aufweisen. Ihre geometrische Ausrichtung im Fahrzeug richtet sich nach dem Optimierungsziel der Fahrwerksauslegung. Das gesamte Kopplungssystem erzeugt eine zusätzliche gegenseitige Beeinflussbarkeit aller drei im Fahrwerksrahmen angeordneten Radsätze.The basic idea of the solution is a novel mechanical coupling of the movements of the three wheelsets with respect to the track level. To the wheelset bearing housings special guide frames are attached. The coupling of two adjacently installed in the vehicle wheel sets (first Endradsatz with Mittelradsatz or Mittelradsatz with second Endradsatz) is carried out by their mutually facing guide frame with respect to the vehicle longitudinal direction centrally between two wheelsets or in the immediate vicinity to be connected to one or more fasteners. The connecting elements may have properties of a spring (stiffness) and / or a damper (damping element) and / or a joint (selection in the transmission of degrees of freedom). Their geometric orientation in the vehicle depends on the optimization goal of the suspension design. The entire coupling system creates an additional mutual influenceability of all three wheelsets arranged in the chassis frame.
An den Radsatzlagergehäusen findet im Gegensatz zu konventionellen Radsatzführungen keine Längskraftübertragung zum Fahrwerksrahmen statt. Die Längskräfte aus Bremsen und im Falle eines angetriebenen Fahrzeugs aus Traktion werden je Radsatz von einer bezüglich der Radsatzquerrichtung mittig und tiefliegend am Radsatzantrieb befestigten Zug-Druck-Stange auf den Fahrwerksrahmen übertragen. Diese mittige Anordnung ist notwendig, damit sich ein Radsatz unter Längskraft nicht relativ zum Fahrwerksrahmen um seine Hochachse dreht. Als Einbaulage kann für die Zug-Druck-Stange die waagerechte oder eine in Fahrzeuglängsrichtung geneigte zur Anwendung kommen.
Vorteilhafterweise ist das Kopplungsprinzip gleichermaßen in angetriebenen oder nicht angetriebenen Fahrwerke integrierbar. Bei angetriebenen Fahrwerken besteht keine Beschränkung auf ein bestimmtes Antriebsprinzip. Denkbare Antriebsprinzipien sind beispielsweise eine hydromechanische Leistungsübertragung, bei welcher ein Radsatzgetriebe von außen über eine Antriebs- bzw. Gelenkwelle angetrieben wird, oder ein elektrischer Radsatzantrieb, bestehend aus Motor, Getriebe und etwaigen Zusatzelementen.At the wheelset bearing housings, in contrast to conventional wheel set guides, there is no longitudinal force transmission to the chassis frame. The longitudinal forces from brakes and in the case of a driven vehicle of traction are transmitted per wheel set of a relative to the wheelset transverse direction centered and low-mounted on the wheelset drive train-pressure rod on the chassis frame. This central arrangement is necessary so that a wheel set does not rotate relative to the chassis frame about its vertical axis under longitudinal force. As installation position, the horizontal or one inclined in the vehicle longitudinal direction can be used for the train-pressure rod.
Advantageously, the coupling principle is equally integrated in powered or non-driven chassis. For powered chassis, there is no restriction on a specific drive principle. Conceivable drive principles are, for example, a hydromechanical power transmission, in which a final drive is driven from the outside via a drive or propeller shaft, or an electric wheelset drive consisting of engine, transmission and any additional elements.
Vertikal zum Fahrwerksrahmen hin angeordnete Aufhängungen (z.B. Pendelstützen) sorgen dafür, dass die Führrahmen in ihrer Einbaulage gehalten werden und nicht ins Gleis fallen.Suspensions (eg pendulum supports) arranged vertically to the chassis frame ensure that the guide frames are held in their installed position and do not fall into the track.
Konventionelle Fahrwerke mit drei Radsätzen weisen üblicherweise ungünstige Bogenfahreigenschaften auf, weil sie bei einem langen Endradsatzabstand nicht oder nur unzureichend über eine Radialeinstellbarkeit der Endradsätze zum Gleisbogenmittelpunkt verfügen. Die hier beschriebene Kopplung ermöglicht vorteilhafterweise in Gleisbögen ein Einlenken der Endradsätze entsprechend der Bogenkrümmung. Dadurch lassen sich die Anlaufwinkel der Endradsätze verringern. Geringe Anlaufwinkel reduzieren die Führungskräfte und den Verschleiß an Rad und Schiene. Im Sonderfall einer längskraftfreien und tangential zum Bogen stattfindenden Radsatzrollbewegung auf dessen sogenannter Rolllinie würde zusätzlich zum Querschlupf auch der Längsschlupf innerhalb des Rad-Schiene-Kontaktes eliminiert, so dass im Laufflächenbereich nur noch der verschleißtechnisch untergeordnet relevante Bohrschlupf in Erscheinung treten würde. Nimmt der Radsatz aufgrund der begrenzten Laufflächenneigung oder auf ihn wirkender Kräfte nicht mehr seine Rolllinie ein bzw. wirken auf den Radsatz Längskräfte aus Traktion oder Bremsen, so kann theoretisch aufgrund der Kopplung immer noch ein tangentialer Bogenlauf, d. h. eine vollradiale Einstellung der Radsätze im Gleisbogen erfolgen. Im Normalfall ist eine vollradiale Einstellung aufgrund der Gleichgewichtsbedingungen zwischen den drei Radsätzen nicht exakt erreichbar, kann jedoch über das beschriebene Kopplungssystem im Gegensatz zu konventionellen Fahrwerken mit drei Radsätzen sehr gut angenähert werden. Daraus ergeben sich erhebliche Vorteile in den Standzeiten der Radprofile.Conventional trolleys with three wheelsets usually have unfavorable Bogenfahreigenschaften because they have no or insufficiently over a Radialeinstellbarkeit the Endradsätze to the track center with a long Endradsatzabstand. The coupling described here advantageously allows in track curves a turning of Endradsätze according to the arc curvature. As a result, the starting angle of Endradsätze can be reduced. Low starting angles reduce the executives and the wear on the wheel and rail. In the special case of a longitudinal force-free and tangential to the arch wheel set rolling motion on the so-called rolling line in addition to the transverse slip and the longitudinal slip within the wheel-rail contact would be eliminated, so that only the wear technically subordinate relevant Bohrschlupf would appear in the tread area. Does the wheelset due to the limited tread slope or forces acting on him no longer a roll or act on the wheels longitudinal forces from traction or braking, theoretically due to the coupling still a tangential sheet travel, ie a full radial adjustment of the wheelsets done in the track arc , Normally, a fully radial adjustment due to the equilibrium conditions between the three wheelsets is not exactly achievable, but can be very well approximated via the coupling system described in contrast to conventional trolleys with three wheelsets. This results in considerable advantages in the service life of the wheel profiles.
Insbesondere Schienenfahrzeuge mit drei Radsätzen, die typischerweise als Rangierlokomotiven in Starrrahmenbauweise konzipiert werden, weisen ein bezogen auf ihre führende Länge (definiert durch den Abstand der Endradsätze voneinander) großes Massenträgheitsmoment um die Fahrzeughochachse auf. Dadurch geraten konventionelle Fahrzeuge dieses Typs mitunter schon bei relativ geringen Fahrgeschwindigkeiten in einen Grenzzyklus des Wellenlaufs, der bei steigender Fahrgeschwindigkeit eine ungewollt hohe Querkraftdynamik zwischen Rad und Schiene und negative Auswirkungen auf Fahrsicherheit und Schwingungsverhalten zur Folge hat. Das neuartige Kopplungsprinzip bietet vorteilhafterweise die Möglichkeit, die physikalischen Eigenschaften der zwischen den Führrahmen angeordneten Verbindungselemente so zu wählen, dass sich neben den guten Bogenfahreigenschaften auch die Fahrstabilität verbessert. In der Praxis hat das den Nutzen einer erhöhten zulässigen Fahrzeughöchstgeschwindigkeit. Dies führt vorteilhafterweise zu einem flexibleren Einsatz im Streckendienst.In particular, rail vehicles with three sets of wheels, which are typically designed as shunting locomotives in rigid frame design, have a relation to their leading length (defined by the distance of Endradsätze each other) large moment of inertia around the vehicle's vertical axis. As a result, conventional vehicles of this type sometimes come at relatively low speeds into a limit cycle of the shaft running, the unintentionally high lateral force dynamics between the wheel and rail and the negative impact on driving safety and vibration behavior with increasing vehicle speed. The novel coupling principle advantageously offers the possibility of choosing the physical properties of the connecting elements arranged between the guide frames in such a way that, in addition to the good cornering properties, the driving stability also improves. In practice, this has the benefit of increased maximum permissible vehicle speed. This advantageously leads to a more flexible use in the line service.
Die neuartige Kopplungslösung stellt eine Fahrwerksoptimierung dar, mit welcher der klassische Zielkonflikt zwischen gutem Bogenfahrverhalten einerseits und Fahrstabilität bei höheren Geschwindigkeiten andererseits im betrieblich interessanten Umfang gelöst wird. Vorteilhafterweise zeichnet sich diese durch seine robuste, passiv wirkende und rein mechanische Funktionsweise aus und bedarf bei Montage und Instandhaltung keiner Feinjustierung infolge bestehender Bautoleranzen. Die Führrahmen werden nicht mit Brems- und im Falle eines angetriebenen Fahrzeugs mit Traktionskräften belastet.The novel coupling solution represents a chassis optimization, with which the classic target conflict between good arc driving behavior on the one hand and driving stability at higher speeds on the other hand is solved to an operationally interesting extent. Advantageously, this is characterized by its robust, passive-acting and purely mechanical operation and requires no fine adjustment during installation and maintenance due to existing structural tolerances. The guide frames are not loaded with braking and in the case of a powered vehicle with traction forces.
Durch die konstruktive Auslegung des Fahrwerks wird ein zu kurzen Abstands der Endradsätze voneinander vermieden, wodurch eine bessere Verteilung der vertikalen Lasteinleitung in den Fahrweg eintritt. Dadurch werden beispielsweise kritische Bauwerke, wie Brückenbauwerke, geringer belastet und dadurch können Streckenzugangskriterien (sog. Streckenklassen) aufgrund der geringeren Radsatzentlastung unter Traktion erfüllt werden.Due to the structural design of the chassis too short a distance of Endradsätze is avoided from each other, whereby a better distribution of the vertical load introduction occurs in the driveway. As a result, for example, critical structures, such as bridge structures, loaded less and thereby route access criteria (so-called. Classes) can be met due to the lower Radsatzentlastung under traction.
Die Vermeidung großer Anlaufwinkel der Endradsätze wird auch dadurch erreicht, dass sich die Endradsätze radial zum Gleisbogen einstellen können. Damit sind Bogenfahrten ohne Spurkranzanlauf möglich. Es stellt sich ein minimierter Spurkranzverschleiß an den Endradsätzen ein. Zudem wird ein einheitlicher gleichmäßiger Profilverschleiß zwischen End- und Mittelradsatz erzielt.The avoidance of large starting angles of the Endradsätze is also achieved by the fact that the Endradsätze can adjust radially to the track curve. This makes it possible to travel on curves without flange start. There is a minimized flange wear on the Endradsätzen a. In addition, a uniform uniform profile wear between the final and middle wheel set is achieved.
Die Vermeidung großer Anlaufwinkel der Endradsätze führt zu einer geringen Querkraft am führenden Rad. Dies reduziert die Gleisbeanspruchung in Bögen, schont hochwertige Fahrwegelemente wie Weichenzungen und Weichenherzstücke und trägt zur Erhöhung der Sicherheit gegen Entgleisen bei, insbesondere in engen Industriebögen.The avoidance of large start-up angle of the Endradsätze leads to a low lateral force on the leading wheel. This reduces the track stress in bends, protects high-quality track elements such as switch blades and points frog pieces and contributes to increasing the safety against derailment, especially in narrow industrial arches.
Durch die Vermeidung einer Einbeziehung des Radsatzantriebes in die Radsatzkopplung entsteht keine Mehrbelastung des Antriebs durch auftretende Koppelkräfte. Gleichzeitig treten keine Belastungen der Radsatzkopplung durch Traktion auf. Dadurch wird auch erreicht, dass eine schwingungstechnische Entkopplung von Antrieb und Radsatzkopplung erzielt wird.By avoiding the inclusion of the wheelset drive in the wheelset coupling no additional load of the drive arises due to coupling forces occurring. At the same time, no loads on the wheel set coupling occur due to traction. This also ensures that a vibration control decoupling of drive and wheelset is achieved.
Eine komplexe und störungsanfällige Lösung wird dadurch vermieden, dass auf aktiv arbeitende Fahrwerkskomponenten sowie auf die Verwendung von elektrischen, hydraulischen, pneumatischen oder daraus kombiniert arbeitenden Elementen im Fahrwerk verzichtet wird. Überwiegend passive mechanische Bauteile erlauben einen robusten Einsatz. Dadurch sind die Wartungszyklen größer und können von einem normalen Werkstattpersonal ausgeführt werden.A complex and fault-prone solution is avoided by dispense with actively working suspension components and the use of electrical, hydraulic, pneumatic or combined elements working in the chassis. Predominantly passive mechanical components allow a robust use. As a result, the maintenance cycles are larger and can be performed by a normal workshop personnel.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie den Zeichnungen hervor.Further advantageous embodiments will become apparent from the following description, the claims and the drawings.
Es zeigen:
- Fig. 1
- eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Ausführung des Fahrwerks mit drei Radsätzen bei der Durchfahrt eines Gleisbogens;
- Fig. 2
- eine perspektivische Darstellung des Fahrwerks mit drei Radsätzen;
- Fig. 3
- eine Draufsicht auf das Fahrwerk gemäß
Fig. 2 ; - Fig. 4
- eine Seitenansicht auf das Fahrwerk gemäß
Fig. 2 (dargestellt ohne Bremseinrichtungen); - Fig. 5
- eine perspektivische Detailansicht auf ein Endradsatz des Fahrwerks gemäß
Fig. 2 (dargestellt ohne Bremseinrichtungen); - Fig. 6
- eine perspektivische Unteransicht auf das Fahrwerk gemäß
Fig. 5 (dargestellt ohne Bremseinrichtungen).
- Fig. 1
- a schematic diagram of the embodiment of the invention with three wheelsets in the passage of a track curve;
- Fig. 2
- a perspective view of the chassis with three wheelsets;
- Fig. 3
- a plan view of the chassis according to
Fig. 2 ; - Fig. 4
- a side view of the chassis according to
Fig. 2 (shown without braking devices); - Fig. 5
- a detailed perspective view of a final gearset of the chassis according to
Fig. 2 (shown without braking devices); - Fig. 6
- a perspective bottom view of the chassis according to
Fig. 5 (shown without brake devices).
In den
Die drei Radsätze, einen ersten Endradsatz 3, einen Mittelradsatz 4 sowie einen zweiten Endradsatz 5 sind drehbeweglich bezüglich der Gleisebene angeordnet. Die Drehbewegung erfolgt über die Hochachse 6, 7, 8, die senkrecht zur Längserstreckung des Fahrwerkrahmens 2 gebildet ist- Die Radsätze weisen jeweils ein Radsatzlagergehäuse 9, 10, 11 auf.In the
The three sets of wheels, a
An den Radsatzlagergehäusen 9, 10, 11 werden dazu spezielle Führrahmen 12, 13, 14, 15 angeordnet. In Draufsicht ist der Führrahmen 12, 13, 14, 15 U-förmig ausgestaltet und weist zwei Schenkelelemente 16, 17 auf, die über ein Verbindungselement 18 verbunden sind. Die freien Enden der Schenkelelemente 16, 17 greifen an dem jeweiligen Radsatzlagergehäuse 9, 10, 11 an. Dabei weisen der erste Endradsatz 3 und der zweite Endradsatz 5 einen Führrahmen 12, 15 auf, der zum Mittelradsatz 4 ausgerichtet ist. Der Mittelradsatz 4 weist einen ersten Führrahmen 13 auf, der zu dem ersten Endradsatz 3 und einen weiteren Führrahmen 14, der zu dem weiteren Endradsatz 5 ausgerichtet ist. Die jeweils einander zugewandte Führrahmen 12, 13, 14, 15 sind mit einem oder mehreren Kopplungselementen 20, 21 verbunden, derart dass jeder Radsatz 3, 4, 5 für sich um die Hochachse 7, 8 ausdrehen kann. Daher erfolgt die Kopplung zweier einander benachbart im Fahrzeug eingebauter Radsätze (Endradsatz 3 mit Mittelradsatz 4 bzw. Mittelradsatz 4 mit Endradsatz 5) dadurch, dass deren einander zugewandte Führrahmen 12, 13, 14, 15 bezüglich der Fahrzeuglängsrichtung mittig zwischen beiden Radsätzen bzw. in unmittelbarer Nähe dazu mit einem oder mehreren Kopplungselementen 20, 21 verbunden werden.At the
Die Kopplungselemente 20, 21 können die Eigenschaften einer Feder (Steifigkeit) und bzw. oder eines Dämpfers (Dämpfungsglied) und bzw. oder eines Gelenks (Selektion in der Übertragung von Freiheitsgraden) aufweisen. Ihre geometrische Ausrichtung im Fahrzeug richtet sich nach dem Optimierungsziel der Fahrwerksauslegung.
Bei dem in den
In the in the
Das gesamte Kopplungssystem erzeugt eine zusätzliche gegenseitige Beeinflussbarkeit aller drei im Fahrwerksrahmen 2 angeordneten Radsätze 3, 4, 5 (schematisch in
An den Radsatzlagergehäusen 9, 10, 11 finden dadurch im Gegensatz zu konventionellen Radsatzführungen keine Längskraftübertragung zum Fahrwerksrahmen 2 statt.At the
Die Bremsen 40, 41, 42 (nur in
Gleiches gilt auch für die sogenannte Drehmomentstütze 34, 35, 36, die mit ihrem einen Ende an dem Radsatz 3, 4, 5, vorzugsweise in mittiger Anordnung, beispielsweise im Bereich des Getriebes 25, 26, 27und mit den anderen Ende an dem Fahrzeugrahmen 2 angeordnet ist. In anderen Antriebsausführungen als im abgebildeten Beispielfall kann die Drehmomentstütze 34, 35, 36 des Radsatzes 3, 4, 5 anders angeordnet bzw. ausgerichtet werden (z. B. senkrecht bei einem klassischen elektrischen Radsatzantrieb).The same applies to the so-called
Senkrecht zum Fahrwerksrahmen 2 hin sind angeordnete Aufhängungselemente 32, 33 (z.B. Pendelstützen) vorgesehen, die dafür Sorge tragen, dass die Führrahmen 12, 13, 14, 15 in ihrer Einbaulage gehalten werden und drehmomentfrei gelagert sind. Die Traktion erfolgt über einen Antrieb 19, der das Drehmoment über Gelenkwellen 37, 38, 39 über die Getriebe 25, 26, 27 auf die jeweiligen Radsätze 3, 4, 5 überträgt.Perpendicular to the
Das neuartige Kopplungsprinzip bietet die Möglichkeit, die physikalischen Eigenschaften der zwischen den Führrahmen angeordneten Verbindungselemente so zu wählen, dass sich neben den vorausgehend beschriebenen guten Bogenfahreigenschaften auch die Fahrstabilität verbessert. In der Praxis hat das den Nutzen einer erhöhten zulässigen Fahrzeughöchstgeschwindigkeit.The novel coupling principle offers the possibility of choosing the physical properties of the connecting elements arranged between the guide frames in such a way that, in addition to the good curve-driving properties described above, the driving stability also improves. In practice, this has the benefit of increased maximum permissible vehicle speed.
Die neuartige Kopplungslösung stellt eine Fahrwerksoptimierung dar, mit welcher der klassische Zielkonflikt zwischen gutem Bogenfahrverhalten einerseits und Fahrstabilität bei höheren Geschwindigkeiten andererseits im betrieblich interessanten Umfang lösbar ist. Es zeichnet sich durch seine robuste, passiv wirkende und rein mechanische Funktionsweise aus und bedarf bei Montage und Instandhaltung keiner Feinjustierung infolge bestehender Bautoleranzen. Die Führrahmen werden nicht mit Brems- und im Falle eines angetriebenen Fahrzeugs mit Traktionskräften belastet. Zudem stellt die vorgestellte Ausführung ein kostengünstiges Fahrwerk dar, da alle drei Radsätze im Fahrwerkrahmen, einschließlich dem Gehäuse, baulich identisch und daher auch untereinander im Rahmen der Instandsetzung tauschbar sind.The novel coupling solution represents a chassis optimization, with which the classic target conflict between good arc behavior on the one hand and driving stability at higher speeds on the other hand in the operationally interesting scope is solvable. It is characterized by its robust, passive and purely mechanical mode of operation and requires no fine adjustment during installation and maintenance due to existing structural tolerances. The guide frames are not loaded with braking and in the case of a powered vehicle with traction forces. In addition, the presented design is a cost-effective suspension, since all three wheelsets in the chassis frame, including the housing, structurally identical and therefore interchangeable with each other in the context of repair.
- 11
- Fahrwerklanding gear
- 22
- FahrwerkrahmenChassis & frame
- 33
- erster Endradsatzfirst end wheel set
- 44
- Mittelradsatzcenter wheel
- 55
- zweiter Endradsatzsecond end wheel set
- 66
- Hochachsevertical axis
- 77
- Hochachsevertical axis
- 88th
- Hochachsevertical axis
- 9, 10, 119, 10, 11
- Radsatzlagergehäuseaxle-box
- 12, 13, 14, 1512, 13, 14, 15
- FührrahmenLead frame
- 16, 1716, 17
- Schenkelelementleg member
- 1818
- Verbindungselementconnecting element
- 1919
- Antriebdrive
- 20, 2120, 21
- Kopplungselementecoupling elements
- 22, 23, 2422, 23, 24
- Querträgercrossbeam
- 25, 26, 2725, 26, 27
- Getriebetransmission
- 28, 29, 3028, 29, 30
- Zug-Druck-StangeTrain-push rod
- 32, 3332, 33
- Aufhängungselementesuspension elements
- 34, 35, 3634, 35, 36
- Drehmomentstützetorque arm
- 37, 38, 3937, 38, 39
- Gelenkwellepropeller shaft
- 40, 41, 4240, 41, 42
- Bremsenbrakes
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