EP2991883B1 - Radsatzlagerung für den radsatz eines schienenfahrzeugs mit innengelagertem drehgestell - Google Patents

Radsatzlagerung für den radsatz eines schienenfahrzeugs mit innengelagertem drehgestell Download PDF

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EP2991883B1
EP2991883B1 EP14721277.3A EP14721277A EP2991883B1 EP 2991883 B1 EP2991883 B1 EP 2991883B1 EP 14721277 A EP14721277 A EP 14721277A EP 2991883 B1 EP2991883 B1 EP 2991883B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wheelset
torsion spring
bearing
bogie
middle portion
Prior art date
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Active
Application number
EP14721277.3A
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English (en)
French (fr)
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EP2991883A1 (de
Inventor
David KREUZWEGER
Christian KÜTER
Martin Teichmann
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.)
Siemens Mobility Austria GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility Austria GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Mobility Austria GmbH filed Critical Siemens Mobility Austria GmbH
Publication of EP2991883A1 publication Critical patent/EP2991883A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2991883B1 publication Critical patent/EP2991883B1/de
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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
    • B61F15/00—Axle-boxes
    • B61F15/20—Details
    • 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

  • a wheel set for rail vehicles consists of the wheel set shaft and the two wheel disks or wheels. Brake discs or drive components can also be mounted on the wheelset shaft.
  • the wheelset is supported by the wheelset bearings in the bogie.
  • the two wheels of a wheel set are usually firmly connected to the shaft due to the sinusoidal motion and thus rotate together. Therefore one speaks of wheelset and accordingly of wheelset storage.
  • the wheelset bearings guide the wheelset laterally in the bogie and also transmit longitudinal forces when the wheelset is driven or braked.
  • the wheelset bearing is usually designed as a roller bearing, which sits in the wheelset bearing housing and receives the wheelset.
  • the car body In the case of rail vehicles - but also in the case of other vehicles - the car body is generally spring-loaded relative to the wheel sets via one or more spring stages.
  • centrifugal acceleration occurring transversely to the travel movement and thus transversely to the longitudinal axis of the car causes the tendency of the car body to lean towards the outside of the wheelset, i.e. a rolling motion, in order to execute a rolling axis parallel to the longitudinal axis of the vehicle.
  • a rolling motion i.e. a rolling motion
  • roll movements are detrimental to driving comfort.
  • they entail the risk of a violation of the permissible clearance profile as well as unilateral unloading of the wheel with regard to derailment safety.
  • anti-roll devices in the form of so-called roll stabilizers are generally used. Their task is to resist the rolling movement of the car body in order to reduce it, while the lifting and diving movements of the car body with respect to the wheel sets or the chassis should not be impeded.
  • the part of a rail vehicle with which the vehicle runs and is guided on the rails is referred to as running gear or running gear.
  • a bogie is a running gear with two or more wheel sets arranged in a frame.
  • Such roll stabilizers are known in various hydraulic or purely mechanical designs.
  • a torsion shaft extending transversely to the longitudinal direction of the vehicle which is also referred to as a torsion bar or torsion spring, is often used, such as that shown in FIG DE 198 19412 C1 is known.
  • levers On this torsion shaft on both sides of the vehicle's longitudinal axis are non-rotatably attached levers which extend in the vehicle's longitudinal direction. These levers are in turn connected to links or push rods which are arranged kinematically parallel to the spring devices of the vehicle. When the vehicle's spring devices are deflected the levers sitting on the torsion shaft are set into a rotary motion via the handlebars connected to them. If there is a roll movement with different spring travel of the spring devices on the two sides of the vehicle during the curve travel, this results in different angles of rotation of the levers seated on the torsion shaft.
  • the torsion shaft is accordingly subjected to a torsional moment which, depending on its torsional stiffness, it compensates for at a certain torsional angle by a counter moment resulting from its elastic deformation and thus prevents a further rolling movement.
  • the anti-roll device can be provided both for the secondary spring stage, ie act between a chassis frame and the car body.
  • the anti-roll device can also be used in the primary stage, ie between the wheel units and a chassis frame, as in the DE 19819412 C1 ,
  • Internal bogies where the axle bearing and frame parts are located between the wheels or wheel discs, have smaller dimensions across the direction of travel than external bogies, so internal bogies offer a correspondingly lower basis for supporting the primary spring stage. If the stiffness of the primary springs is similar to that of externally mounted bogies, the roll angle increases and the vehicle can come into conflict with the kinematic boundary line.
  • the kinematic boundary line defines the maximum space that vehicles can occupy to ensure that they remain within the infrastructure clearance profile. For this purpose, the maximum possible movement of the vehicle is considered, both lateral and vertical vehicle movements are taken into account, which are calculated on the basis of the vehicle geometry and the suspension properties under different loading conditions.
  • roll stabilization is the installation of a primary roll stabilizer - with torsion springs, levers, tension-compression rods and a bearing for the torsion spring on the bogie frame - even with internally mounted bogies between the wheels, as is the case in the DE 19819412 C1 is shown.
  • Such roll stabilizers with the various components and with the bearing on the bogie frame represent a technically complex solution.
  • the torsion spring is rigidly connected at its two ends - without the interposition of tension / compression rods - to a respective bearing housing.
  • the torsion spring is therefore rigid and thus also connected in a rotationally fixed manner to the two bearing housings, while conventional torsion springs are connected to the bearing housings via levers and joints and thus at least rotatably connected to the bearing housings at their ends.
  • the storage of the torsion spring according to the invention takes place exclusively via the connection to the wheelset bearing housing, referred to for short as the bearing housing.
  • the wheelset guidance ie the connection and power transmission of the wheelset bearing according to the invention to the bogie frame, can be done in a variety of ways.
  • the power transmission can take place through separate coupling elements (e.g. bushings or handlebars) or directly via the primary spring elements themselves.
  • a common and advantageous embodiment is the so-called swing arm, in which the wheelset bearing housing is articulated to the bogie frame via a wheelset guide bush.
  • the wheelset bearing housings can also have extensions that point away from the wheel axle and the torsion spring can be attached to these extensions.
  • the wheel axis is the straight line that runs through the center points of the two bearing bushes.
  • the middle section of the torsion spring is usually arranged at a distance from and parallel to the wheel axis.
  • the wheelset guide is designed as a rocker arm, an arrangement in the vicinity of the connecting line between the two wheelset guide bushings proves to be a particularly favorable embodiment, since here the amount of bending in the twisting is small.
  • the middle section of the Torsion spring is arranged closer to this connecting line than to the wheel axis and / or that the central section of the torsion spring has approximately the same radial distance from the wheel axis as the connecting line.
  • the ends of the torsion spring are torsionally rigid and free of play connected to the bearing housings.
  • a particularly simple embodiment provides that the torsion spring is manufactured in one piece and is directly connected to a respective bearing housing, that is to say it is made from a piece of a certain material. Both ends of the torsion spring are then to be designed differently, so that they can be connected to the bearing housings and can therefore build up the torsional moment with different deflection of the two sides.
  • the middle section of the torsion spring i.e. the torsion spring without the ends, then takes over the torsional moment.
  • the ends of the torsion spring can be formed by bending relative to the central section of the torsion spring.
  • a straight metal rod is given the desired shape by bending at a point close to its ends.
  • the middle section of the torsion spring is usually longer than a bent end.
  • the roll stabilizer can also be made from several parts, in that levers are firmly attached to the torsion spring at the ends of the torsion spring and enclose an angle with the longitudinal direction of the torsion spring. In this way, the levers with the torsion spring, ie the central region of the roll stabilizer, be connected non-positively or positively. In this embodiment, the torsion spring will generally be straight over the entire length.
  • the torsion spring and possibly the lever for fastening the torsion spring to the Bearing housings are manufactured using various manufacturing processes, such as milling, welding, casting or forging.
  • various manufacturing processes such as milling, welding, casting or forging.
  • a multi-part roll stabilizer for example consisting of a torsion spring and levers, several different manufacturing processes can also be used.
  • a simple embodiment of the invention provides that at least (namely in the case of the one-piece torsion spring) the central section of the torsion spring is rod-shaped.
  • the torsion spring is usually made of spring steel in this simple form. In the case of a multi-part roll stabilizer consisting of a torsion spring and levers, the entire torsion spring will be rod-shaped.
  • the torsion spring can also perform additional functions, such as serve as a carrier for one or more brake actuators.
  • Saddle brakes must be attached, which can then be brought into engagement with brake discs on the wheelset shaft in the assembled state (with wheelset).
  • the wheelset bearing according to the invention is provided with a wheelset, one or more brake disks can accordingly be fastened on the wheelset shaft.
  • a wheelset bearing according to the invention with a wheelset is installed in an internally mounted bogie, it can be provided that the bearing housing is articulated to the bogie frame via a wheelset guide bushing, while there is no direct connection between the bogie frame and the torsion spring.
  • the middle part of the torsion spring can be arranged parallel to the wheel axis in the vicinity of the connecting line between the two wheelset guide bushings.
  • a variant of the invention is that a bearing for connection to the frame of the bogie is provided in each wheelset guide bushing, the axes of rotation of the bearing enclosing an angle with the central portion of the torsion spring.
  • the angles are the same size for the two bearings of a wheel set and symmetrical to the longitudinal center plane of the bogie.
  • This inclination of the bearing axles has the same effect as an inclination of the tension / compression rods in a previously known torsion spring:
  • the tension / compression rods of a torsion spring are usually arranged parallel to each other in a vertical plane (i.e. a plane normal to the axis of the torsion spring). If the ends of the tension / compression rods facing away from the torsion spring are now moved outwards, the tension / compression rods - seen in the transverse direction - form an angle with the vertical. If the wagon of the rail vehicle moves transversely, this leads to a more rigid support of the wagon and thus the rolling movement is reduced.
  • the inclined position of the bearing axles also means that when the carriage, which is mounted on the bogie, moves transversely, a rotary movement is induced in the bearings, which does not lead to a perceptible rotation, however, but only pre-loads the torsion spring. This leads to an increase in the rigidity of the torsion spring.
  • At least the middle section of the Torsion spring is part of a torque support for a wheelset drive when a wheelset bearing according to the invention is installed with a driving wheel set in an internally mounted bogie.
  • the drive torques are then supported directly on the roll stabilizer and not, as usual, introduced into the bogie frame.
  • the invention uses the principle of primary roll stabilizers, but dispenses with the tension / compression rods and the separate mounting of the torsion spring on another component (the bogie frame).
  • the torsion spring is directly connected to the wheelset bearing housings of the bogie.
  • the function of mounting the torsion spring on the bogie is replaced by the connection to the wheelset bearing housing.
  • the tension-compression rods, their bearings and the bearings of the torsion spring are eliminated.
  • the system according to the invention is thus lighter and more compact. If the structure of the torsion spring offers corresponding connection points, it can also take on additional functions such as the connection of brake actuators (caliper brakes) and / or torque support for a drive.
  • the wheelset storage according to the invention is not limited to one per chassis or bogie. There may be several such wheel set bearings, usually two, per chassis.
  • FIG. 1 A bogie frame 8 with two wheelset bearings according to the invention is shown, the front right wheel 3 being shown detached around the bearing housing 7 and the primary suspension, consisting of spring 5 and optionally additionally of a damper 6 (springs 5 could of course also be used instead of damper 6 can be used with internal damping).
  • the wheel set guidance principle of the swing arm was chosen as an example for the illustration.
  • the bearing housing 7 has an arm which carries the spring 5 and damper 6, and on the opposite side a further arm which has at its end a wheel set guide bush 4 with which the wheel set is rotatably mounted in the bogie frame 8.
  • the wheelset shaft 2 here has four brake disks 9 arranged in two pairs.
  • the associated brake actuators 10 are mounted on the bogie frame 8.
  • the wheelset bearing which surrounds the wheelset shaft at its ends and is mounted in the bearing housing 7, is not visible here.
  • the two bearing housings 7 are connected to the torsion spring 1.
  • Fig. 2 are only the wheelset, consisting of two wheels 3 and the wheelset shaft 2 connecting them, and the two Bearing housing 7 from Fig. 1 shown.
  • the wheelset shaft 2 is supported in the wheelset bearings 11.
  • the torsion spring 1 is attached to the underside of the arm, where the wheel set guide bushing 4, which is pressed into the bearing housing 11, is provided.
  • the torsion spring 1 is rod-shaped here with a round cross section, the two ends are bent by approximately 90 °, so that the ends coincide with the two arms of the bearing housing 7.
  • the ends are firmly connected to the bearing housing 7 here.
  • the middle area of the torsion spring 1 is parallel and close to the connection between the two wheelset guide bushes 4 and in a plane normal to the direction of travel.
  • FIG. 3 An alternative embodiment of a torsion spring 12 is shown, which is straight and is directly connected to the bearing housing 7. This torsion spring 12 is wider than it is high in the direction of travel; caliper brakes 10 are fastened on its upper side, which cooperate with the associated pairs of brake disks 9. It is not a further torsion spring, such as in the form of the torsion spring 1 from FIGS Fig. 1 and 2 , intended.
  • the torsion spring 12 lies here approximately in a horizontal plane with the wheelset shaft 2, as seen in the direction of travel, the torsion spring lies largely within the wheelset guide bushings 4.
  • a bearing 13 for connection to the frame 8 (see Fig. 1 ) of the bogie.
  • the axes of rotation 14 of the bearing 13 enclose an angle with the longitudinal axis of the central section of the torsion spring 1, they are inclined downwards relative to them (or the horizontal) within the bearing housing 7.
  • the angles are the same size for the two bearings 13 of the same wheel set and symmetrical to the longitudinal center plane of the frame 8 of the bogie.
  • the angle is usually a few degrees and can be in the range up to 20 °.
  • the bearings 13 can be designed as support or swing arm bearings.
  • the bearing 13 enables the wheelset guide bush 4 (and thus the bearing housing 7) to rotate about the axis of rotation 14 of the bearing 13.
  • a rocker engages the bearing 13, which is part of the frame of the bogie 8 and is thus rigidly connected at its other end to the frame 8 of the bogie.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)
  • Springs (AREA)

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Radsatzlagerung für den Radsatz eines Schienenfahrzeugs mit innengelagertem Drehgestell, umfassend
    • je ein Lagergehäuse pro Seite des Radsatzes, welches das Radsatzlager für ein Rad umgibt, wobei Radsatzlager und Lagergehäuse im montierten Zustand innerhalb der Räder liegen,
    • eine als Wankstabilisator dienende Torsionsfeder, die mit dem Lagergehäuse verbunden ist.
  • Ein Radsatz bei Schienenfahrzeugen besteht aus der Radsatzwelle und den beiden Radscheiben oder Rädern. Auf der Radsatzwelle können auch Bremsscheiben oder Antriebskomponenten montiert sein. Der Radsatz wird durch die Radsatzlagerung im Drehgestell gelagert. Bei Eisenbahnfahrzeugen sind die beiden Räder eines Radsatzes wegen des Sinuslaufes üblicherweise fest mit der Welle verbunden und drehen damit gemeinsam. Daher spricht man hier von Radsatz und dementsprechend von Radsatzlagerung. Die Radsatzlager führen den Radsatz seitlich im Drehgestell und übertragen auch Längskräfte, wenn der Radsatz angetrieben oder gebremst wird. Das Radsatzlager wird in der Regel als Wälzlager ausgeführt, welches im Radsatzlagergehäuse sitzt und den Radsatz aufnimmt.
    • Stand der Technik
  • Bei Schienenfahrzeugen - aber auch bei anderen Fahrzeugen - ist der Wagenkasten in der Regel gegenüber den Radsätzen über eine oder mehrere Federstufen federnd gelagert. Die bei Bogenfahrt auftretende, quer zur Fahrbewegung und damit quer zur Fahrzeuglängsachse wirkende Zentrifugalbeschleunigung bedingt wegen des vergleichsweise hoch liegenden Schwerpunkts des Wagenkastens die Tendenz des Wagenkastens, sich gegenüber den Radsätzen nach bogenaußen zu neigen, mithin also eine Wankbewegung, um eine zur Fahrzeuglängsachse parallele Wankachse auszuführen. Solche Wankbewegungen sind oberhalb bestimmter Grenzwerte zum einen dem Fahrkomfort abträglich. Zum anderen bringen sie die Gefahr einer Verletzung des zulässigen Lichtraumprofils sowie im Hinblick auf die Entgleisungssicherheit unzulässige einseitige Radentlastungen mit sich.
  • Um dies zu verhindern, werden in der Regel Wankstützeinrichtungen in Form sogenannter Wankstabilisatoren eingesetzt. Deren Aufgabe ist es, der Wankbewegung des Wagenkastens einen Widerstand entgegenzusetzen, um sie zu mindern, während die Hub- und Tauchbewegungen des Wagenkastens gegenüber den Radsätzen bzw. dem Fahrwerk nicht behindert werden sollen. Als Lauf- oder Fahrwerk wird der Teil eines Schienenfahrzeugs bezeichnet, mit dem das Fahrzeug auf den Schienen fährt und geführt wird. Als Drehgestell wird ein Laufwerk mit zwei oder mehr in einem Rahmen angeordneten Radsätzen bezeichnet.
  • Solche Wankstabilisatoren sind in verschiedenen hydraulisch oder rein mechanisch wirkenden Ausführungen bekannt. Häufig kommt eine sich quer zur Fahrzeuglängsrichtung erstreckende Torsionswelle, die auch als Torsionsstab oder Torsionsfeder bezeichnet wird, zum Einsatz, wie sie beispielsweise aus der DE 198 19412 C1 bekannt ist.
  • Auf dieser Torsionswelle sitzen zu beiden Seiten der Fahrzeuglängsachse drehfest angebrachte Hebel, die sich in Fahrzeuglängsrichtung erstrecken. Diese Hebel sind wiederum mit Lenkern oder Schubstangen verbunden, welche kinematisch parallel zu den Federeinrichtungen des Fahrzeugs angeordnet sind. Beim Einfedern der Federeinrichtungen des Fahrzeugs werden die auf der Torsionswelle sitzenden Hebel über die mit ihnen verbundenen Lenker in eine Drehbewegung versetzt. Kommt es bei der Bogenfahrt zu einer Wankbewegung mit unterschiedlichen Federwegen der Federeinrichtungen auf den beiden Seiten des Fahrzeugs, ergeben sich hieraus unterschiedliche Drehwinkel der auf der Torsionswelle sitzenden Hebel. Die Torsionswelle wird demgemäß mit einem Torsionsmoment beaufschlagt, welches sie - je nach ihrer Torsionssteifigkeit - bei einem bestimmten Torsionswinkel durch ein aus ihrer elastischen Verformung resultierendes Gegenmoment ausgleicht und so eine weitere Wankbewegung verhindert. Dabei kann bei mit Drehgestellen ausgestatteten Schienenfahrzeugen die Wankstützeinrichtung sowohl für die Sekundärfederstufe vorgesehen sein, d. h. zwischen einem Fahrwerksrahmen und dem Wagenkasten wirken. Ebenso kann die Wankstützeinrichtung auch in der Primärstufe eingesetzt werden, d. h. zwischen den Radeinheiten und einem Fahrwerksrahmen, wie in der DE 19819412 C1 .
  • Innengelagerte Drehgestelle, wo die Achslager und die Rahmenteile sich zwischen den Rädern bzw. Radscheiben befinden, haben quer zur Fahrtrichtung geringere Abmessungen als außengelagerte Drehgestelle, somit bieten innengelagerte Drehgestelle eine entsprechend geringere Basis für die Abstützung der Primärfederstufe. Sind die Steifigkeiten der Primärfedern ähnlich wie bei außengelagerten Drehgestellen, so erhöht sich der Wankwinkel und das Fahrzeug kann in Konflikt mit der kinematischen Begrenzungslinie kommen. Die kinematische Begrenzungslinie definiert den maximal einnehmbaren Raum von Fahrzeugen, um sicherzustellen, dass sie innerhalb des Infrastruktur-Lichtraumprofils bleiben. Hierzu wird die maximal mögliche Bewegung des Fahrzeugs betrachtet, es werden sowohl seitliche als auch vertikale Fahrzeugbewegungen berücksichtigt, die aufgrund der Fahrzeuggeometrie und der Federungseigenschaften unter verschiedenen Ladebedingungen errechnet werden.
  • Eine Möglichkeit der Wankstabilisierung ist der Einbau eines primären Wankstabilisators - mit Torsionsfedern, Hebeln, Zug-Druckstangen und einer Lagerung für die Torsionsfeder am Drehgestellrahmen - auch bei innengelagerten Drehgestellen zwischen den Rädern, wie dies eben in der DE 19819412 C1 gezeigt ist. Solche Wankstabilisatoren stellen aber mit den verschiedenen Bauteilen und mit der Lagerung am Drehgestellrahmen eine technisch aufwändige Lösung dar.
  • Eine andere Möglichkeit zum Reduzieren des Wankwinkels und damit zum Erhöhen der Wanksteifigkeit liegt darin, dass statt der Verwendung eines Wankstabilisators die Primärfedersteifigkeit erhöht wird. Dies hat jedoch den Nachteil, dass höhere Beschleunigungen am Wagenkasten auftreten, was den Komfort für etwaige Fahrgäste verringert.
    • Darstellung der Erfindung
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Radsatzlagerung bzw. ein innengelagertes Drehgestell zur Verfügung zu stellen, welches die Tauchsteifigkeiten der Primärfederung nicht erhöht, sondern vielmehr unter Verwendung einer Torsionsfeder eine technisch möglichst einfache Wankstabilisierung für die Radsätze aufweist.
    Diese Aufgabe wird durch eine Radsatzlagerung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Die erfindungsgemäße Radsatzlagerung, für den Radsatz eines Schienenfahrzeugs mit innengelagertem Drehgestell, umfasst
    • je ein Lagergehäuse pro Seite des Radsatzes, welches das Radsatzlager für den Radsatz umgibt, wobei Radsatzlager und Lagergehäuse im montierten Zustand innerhalb der Räder liegen,
    • eine als Wankstabilisator dienende Torsionsfeder, die mit den Lagergehäusen verbunden ist.
  • Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Torsionsfeder an ihren beiden Enden starr - ohne Zwischenschaltung von Zug-Druckstangen - mit je einem Lagergehäuse verbunden ist.
  • Die Torsionsfeder ist also starr und damit auch drehfest mit den beiden Lagergehäusen verbunden, während herkömmliche Torsionsfedern über Hebel und Gelenke mit den Lagergehäusen und somit an ihren Enden zumindest drehbar mit den Lagergehäusen verbunden sind. Die erfindungsgemäße Lagerung der Torsionsfeder findet ausschließlich über die Anbindung an die Radsatzlagergehäuse, kurz als Lagergehäuse bezeichnet, statt.
  • Die Radsatzführung, also die Anbindung und Kraftübertragung der erfindungsgemäßen Radsatzlagerung an den Drehgestellrahmen, kann dabei auf vielfältige Weise geschehen. So kann die Kraftübertragung durch separate Koppelelemente (z.B. Buchsen oder Lenker) oder auch direkt über die Primärfederelemente selber erfolgen. Eine übliche und vorteilhafte Ausführung ist die sogenannte Schwinge, bei der das Radsatzlagergehäuse über eine Radsatzführungsbuchse mit dem Drehgestellrahmen gelenkig verbunden ist.
  • Die Radsatzlagergehäuse können auch Fortsätze aufweisen, die von der Radachse wegweisen und die Torsionsfeder kann an diesen Fortsätzen befestigt sein. Die Radachse ist jene Gerade, die durch die Mittelpunkte der beiden Lagerbuchsen verläuft.
  • Der mittlere Abschnitt der Torsionsfeder ist in der Regel in einem Abstand von der und parallel zur Radachse angeordnet. Als besonders günstige Ausführung erweist sich, sofern die Radsatzführung als Schwinge ausgeführt ist, eine Anordnung in der Nähe der Verbindungslinie zwischen den beiden Radsatzführungsbuchsen, da hier der Biegeanteil bei der Verwindung klein ist. In der Nähe der Verbindungslinie ist hier so zu verstehen, dass der mittlere Abschnitt der Torsionsfeder näher bei dieser Verbindungslinie angeordnet ist als bei der Radachse und/oder dass der mittlere Abschnitt der Torsionsfeder in etwa den gleichen radialen Abstand von der Radachse aufweist wie die Verbindungslinie.
  • Die Enden der Torsionsfeder sind torsionssteif und spielfrei mit den Lagergehäusen verbunden.
  • Eine besonders einfache Ausführungsform sieht vor, dass die Torsionsfeder einteilig gefertigt und direkt mit je einem Lagergehäuse verbunden ist, also aus einem Stück eines bestimmten Materials hergestellt ist. Ihre beiden Enden sind dann von der Längsrichtung der Torsionsfeder abweichend auszubilden, sodass diese mit den Lagergehäusen verbunden werden können und somit bei unterschiedlicher Einfederung der beiden Seiten das Torsionsmoment aufbauen können. Der mittlere Abschnitt der Torsionsfeder, also die Torsionsfeder ohne die Enden, über nimmt dann das Torsionsmoment.
  • Im Falle der einteiligen Fertigung der Torsionsfeder können die Enden der Torsionsfeder durch Biegen relativ zum mittleren Abschnitt der Torsionsfeder gebildet sein. So erhält etwa ein gerader Metallstab durch Biegen an einer Stelle jeweils nahe bei seinen Enden die gewünschte Form. Der mittlere Abschnitt der Torsionsfeder ist dabei in der Regel länger als ein umgebogenes Ende.
  • Der Wankstabilisator kann jedoch auch aus mehreren Teilen gefertigt sein, indem an den Enden der Torsionsfeder Hebel fest an die Torsionsfeder gefügt sind und einen Winkel mit der Längsrichtung der Torsionsfeder einschließen.. So können die Hebel mit der Torsionsfeder, also dem mittleren Bereich des Wankstabilisators, kraft- oder formschlüssig verbunden werden. Die Torsionsfeder wird bei dieser Ausführungsform in der Regel über die gesamte Länge gerade ausgebildet sein.
  • Grundsätzlich können die Torsionsfeder sowie gegebenenfalls die Hebel zur Befestigung der Torsionsfeder an den Lagergehäusen mittels verschiedener Fertigungsverfahren hergestellt werden, wie z.B. als Fräs-, Schweiß-, Guss- oder Schmiedeteil. Bei einem mehrteiligen Wankstabilisator, etwa bestehend aus einer Torsionsfeder und Hebeln, können auch mehrere verschiedene Fertigungsverfahren zur Anwendung kommen.
  • Eine einfache Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zumindest (nämlich bei der einteiligen Torsionsfeder) der mittlere Abschnitt der Torsionsfeder stabförmig ist. Das heißt, der mittlere Abschnitt ist gerade, hat über seine Länge den gleichen Querschnitt, etwa kreisrund, und seine Länge beträgt ein Mehrfaches seines Durchmessers. Die Torsionsfeder wird in dieser einfachen Ausprägung in der Regel aus Federstahl gefertigt. Im Falle eines mehrteiligen Wankstabilisators bestehend aus einer Torsionsfeder und Hebeln wird die gesamte Torsionsfeder stabförmig ausgebildet sein.
  • Die Torsionsfeder kann neben der Wankstabilisierung auch zusätzliche Funktionen übernehmen, wie z.B. als Träger für einen oder mehrere Bremsaktuatoren dienen. So können auf der Torsionsfeder z.B. Sattelbremsen befestigt sein, die dann im montierten Zustand (mit Radsatz) mit Bremsscheiben auf der Radsatzwelle in Eingriff gebracht werden können.
  • Wenn die erfindungsgemäße Radsatzlagerung mit einem Radsatz versehen ist, so können entsprechend auf der Radsatzwelle eine oder mehrere Bremsscheiben befestigt sein.
  • Ist eine erfindungsgemäße Radsatzlagerung mit einem Radsatz in einem innengelagertem Drehgestell eingebaut, so kann vorgesehen sein, dass das Lagergehäuse über eine Radsatzführungsbuchse gelenkig mit dem Drehgestellrahmen verbunden ist, während zwischen Drehgestellrahmen und Torsionsfeder keine direkte Verbindung besteht. Dies stellt einen Unterschied zu Wankstabilisatoren aus dem Stand der Technik dar, weil dort die Torsionsfeder in der Regel über eine Drehverbindung mit dem Drehgestellrahmen verbunden ist.
  • Dabei kann der mittlere Teil der Torsionsfeder parallel zur Radachse in der Nähe der Verbindungslinie zwischen den beiden Radsatzführungsbuchsen angeordnet sein.
  • Eine Variante der Erfindung besteht darin, dass in jeder Radsatzführungsbuchse ein Lager für die Verbindung mit dem Rahmen des Drehgestells vorgesehen ist, wobei die Drehachsen des Lagers einen Winkel mit dem mittleren Abschnitt der Torsionsfeder einschließen. Die Winkel sind für die beiden Lager eines Radsatzes gleich groß und symmetrisch zur Längsmittelebene des Drehgestells.
  • Diese Schrägstellung der Lagerachsen hat den gleichen Effekt wie eine Schrägstellung der Zug-Druckstangen bei einer vorbekannten Torsionsfeder: Die Zug-Druckstangen einer Torsionsfeder sind in der Regel in einer senkrechten Ebene (also einer Ebene normal auf die Achse der Torsionsfeder) parallel zueinander angeordnet. Wenn nun die der Torsionsfeder abgewandten Enden der Zug-Druckstangen nach außen verschoben werden, schließen die Zug-Druckstangen - in Querrichtung gesehen - mit der Senkrechten einen Winkel ein. Bei einer Querbewegung des Wagens des Schienenfahrzeugs führt dies zu einem steiferen Unterstützen des Wagens und damit wird die Wankbewegung reduziert.
  • Auch die Schrägstellung der Lagerachsen bewirkt, dass bei einer Querbewegung des Wagens, der ja am Drehgestell gelagert ist, eine Drehbewegung in den Lagern induziert wird, die jedoch nicht zu einer wahrnehmbaren Drehung führt, sondern lediglich die Torsionsfeder vorspannt. Dadurch kommt es zu einer Erhöhung der Steifigkeit der Torsionsfeder.
  • Neben der oder alternativ zur Verwendung des Wankstabilisators als Träger für Bremsaktuatoren kann vorgesehen sein, dass zumindest der mittlere Abschnitt der Torsionsfeder Teil einer Drehmomentabstützung für einen Radsatzantrieb ist, wenn eine erfindungsgemäße Radsatzlagerung mit einem Treibradsatz in einem innengelagertem Drehgestell verbaut ist. Die Antriebsmomente werden dann direkt am Wankstabilisator abgestützt und nicht, wie üblich, in den Drehgestellrahmen eingeleitet.
  • Die Erfindung nutzt das Prinzip der primären Wankstabilisatoren, verzichtet aber auf die Zug-Druckstangen und die separate Lagerung der Torsionsfeder an einem anderen Bauteil (dem Drehgestellrahmen). Die Torsionsfeder ist direkt mit den Radsatzlagergehäusen des Drehgestells verbunden. Die Funktion der Lagerung der Torsionsfeder am Drehgestell wird durch die Anbindung an die Radsatzlagergehäuse ersetzt.
  • Gegenüber herkömmlichen Wankstab-Systemen ergibt sich ein Vorteil hinsichtlich Kosten, technischem Aufwand und Gewicht, weil die Zug-Druckstangen, deren Lagerungen sowie die Lagerung der Torsionsfeder wegfallen. Das erfindungsgemäße System ist somit leichter und kompakter. Wenn die Struktur der Torsionsfeder entsprechende Anbindungspunkte bietet, kann diese auch Zusatzfunktionen wie die Anbindung von Bremsaktuatoren (Sattelbremsen) und/oder eine Drehmomentabstützung eines Antriebs übernehmen.
  • Die erfindungsmäßige Radsatzlagerung ist nicht auf eine pro Fahrwerk bzw. Drehgestell beschränkt. Es können mehrere solche Radsatzlagerungen, in der Regel zwei, pro Fahrwerk vorliegen.
    • Kurzbeschreibung der Figuren
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf die Figuren Bezug genommen, aus der weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind. Es zeigen:
    • Fig. 1 ein Drehgestell mit zwei erfindungsgemäßen Radsatzlagerungen in perspektivischer Darstellung,
    • Fig. 2 eine Radsatzlagerung aus Fig. 1 in perspektivischer Darstellung von unten gesehen,
    • Fig. 3 eine Draufsicht auf eine alternative Radsatzlagerung mit Bremsaktuatoren in perspektivischer Darstellung von oben gesehen,
    • Fig. 4 eine Radsatzlagerung aus Fig. 1 in perspektivischer Darstellung von unten gesehen, mit schräg gestellten Lagern für die Verbindung mit dem Drehgestellrahmen,
    • Fig. 5 eine Seitenansicht einer Radsatzlagerung aus Fig. 4.
    Ausführung der Erfindung
  • In Fig. 1 ist ein Drehgestellrahmen 8 mit zwei erfindungsgemäßen Radsatzlagerungen dargestellt, wobei das vordere rechte Rad 3 abgelöst dargestellt ist, um das Lagergehäuse 7 und die Primärfederung, bestehend aus Feder 5 und optional zusätzlich aus einem Dämpfer 6 (es könnten natürlich statt des Dämpfers 6 auch Federn 5 mit Eigendämpfung verwendet werden), sichtbar zu machen. Für die Darstellung wurde beispielhaft das Radsatzführungsprinzip der Schwinge gewählt. Das Lagergehäuse 7 weist einen Arm auf, der Feder 5 und Dämpfer 6 trägt, sowie auf der gegenüber liegenden Seite einen weiteren Arm, der an seinem Ende eine Radsatzführungsbuchse 4 aufweist, mit welcher der Radsatz im Drehgestellrahmen 8 drehbar gelagert ist. Die Radsatzwelle 2 weist hier vier, in zwei Paaren angeordnete Bremsscheiben 9 auf. Die zugehörigen Bremsaktuatoren 10 sind am Drehgestellrahmen 8 montiert. Das Radsatzlager, welches die Radsatzwelle an ihren Enden umgibt und im Lagergehäuse 7 gelagert ist, ist hier nicht sichtbar. Die beiden Lagergehäuse 7 sind mit der Torsionsfeder 1 verbunden.
  • In Fig. 2 sind nur der Radsatz, bestehend aus zwei Rädern 3 und der diese verbindende Radsatzwelle 2, und die beiden Lagergehäuse 7 aus Fig. 1 dargestellt. Die Radsatzwelle 2 ist in den Radsatzlagern 11 gelagert. An der Unterseite des Arms, wo die Radsatzführungsbuchse 4, die in das Lagergehäuse 11 eingepresst ist, vorgesehen ist, ist die Torsionsfeder 1 befestigt. Die Torsionsfeder 1 ist hier stabförmig mit rundem Querschnitt ausgebildet, die beiden Enden sind um etwa 90° umgebogen, sodass die Enden sich mit den beiden Armen des Lagergehäuses 7 decken. Die Enden sind hier fest mit dem Lagergehäuse 7 verbunden. Der mittlere Bereich der Torsionsfeder 1 liegt parallel und in Nähe der Verbindung zwischen den beiden Radsatzführungsbuchsen 4 und in einer Ebene normal zur Fahrtrichtung.
  • In Fig. 3 ist eine alternative Ausgestaltung einer Torsionsfeder 12 dargestellt, die gerade ausgebildet und direkt mit dem Lagergehäuse 7 verbunden ist. Diese Torsionsfeder 12 ist in Fahrtrichtung gesehen breiter als hoch, an ihrer Oberseite sind Sattelbremsen 10 befestigt, welche mit den zugehörigen Paaren von Bremsscheiben 9 zusammenwirken. Es ist keine weitere Torsionsfeder, wie etwa in Form der Torsionsfeder 1 aus den Fig. 1 und 2, vorgesehen.
  • Die Torsionsfeder 12 liegt hier etwa in einer waagrechten Ebene mit der Radsatzwelle 2, in Fahrtrichtung gesehen liegt die Torsionsfeder großteils innerhalb der Radsatzführungsbuchsen 4.
  • Gemäß Fig. 4 und 5 ist in jeder der beiden Radsatzführungsbuchsen 4 ein Lager 13 für die Verbindung mit dem Rahmen 8 (siehe Fig. 1) des Drehgestells vorgesehen. Die Drehachsen 14 des Lagers 13 schließen einen Winkel mit der Längsachse des mittleren Abschnitt der Torsionsfeder 1 ein, sie sind gegenüber diesen (bzw. der Waagrechten) innerhalb des Lagergehäuses 7 nach unten geneigt. Die Winkel sind für die beiden Lager 13 des gleichen Radsatzes gleich groß und symmetrisch zur Längsmittelebene des Rahmens 8 des Drehgestells. Der Winkel beträgt in der Regel wenige Grad und kann etwa im Bereich bis 20° liegen.
  • Die Lager 13 können als Stütz- oder Schwingenlager ausgebildet sein. Das Lager 13 ermöglicht es, dass sich die Radsatzführungsbuchse 4 (und damit das Lagergehäuse 7) um die Drehachse 14 des Lagers 13 dreht. Am Lager 13 greift beispielsweise eine Schwinge an, die Teil des Rahmens des Drehgestells 8 ist und die somit an ihrem anderen Ende starr mit dem Rahmen 8 des Drehgestells verbunden ist.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    stabförmige Torsionsfeder
    2
    Radsatzwelle
    3
    Rad
    4
    Radsatzführungsbuchse
    5
    Feder der Primärfederung
    6
    Dämpfer der Primärfederung
    7
    Lagergehäuse des Radsatzlagers (Radsatzlagergehäuse)
    8
    Rahmen des Drehgestells (Drehgestellrahmen)
    9
    Bremsscheibe
    10
    Sattelbremse
    11
    Radsatzlager
    12
    Torsionsfeder für die Aufnahme von Bremsaktuatoren
    13
    Lager für die Verbindung mit dem Rahmen 8 des Drehgestells
    14
    Drehachse des Lagers 13

Claims (13)

  1. Radsatzlagerung für einen Radsatz (2, 3) eines Schienenfahrzeugs mit innengelagertem Drehgestell, umfassend
    - je ein Lagergehäuse (7) pro Seite des Radsatzes (2,3), welches das Radsatzlager (11) für den Radsatz umgibt, wobei Radsatzlager (11) und Lagergehäuse (7) im montierten Zustand innerhalb der Räder (3) liegen,
    - eine als Wankstabilisator dienende Torsionsfeder (1, 12), die mit den Lagergehäusen (7) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Torsionsfeder (1, 12) an ihren beiden Enden starr - ohne Zwischenschaltung von Zug-Druckstangen - mit je einem Lagergehäuse (7) verbunden ist.
  2. Radsatzlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Abschnitt der Torsionsfeder (1, 12) in einem Abstand von der und parallel zur Radachse angeordnet ist.
  3. Radsatzlagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsfeder (1, 12) einteilig gefertigt und direkt mit je einem Lagergehäuse (7) verbunden ist.
  4. Radsatzlagerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Torsionsfeder (1) durch Biegen relativ zum mittleren Abschnitt der Torsionsfeder gebildet sind.
  5. Radsatzlagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den Enden der Torsionsfeder Hebel fest an die Torsionsfeder gefügt sind und einen Winkel mit der Längsrichtung der Torsionsfeder einschließen.
  6. Radsatzlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der mittlere Abschnitt der Torsionsfeder (1) stabförmig ist.
  7. Radsatzlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsfeder (1, 12) aus Federstahl gefertigt ist.
  8. Radsatzlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der mittlere Abschnitt der Torsionsfeder (12) als Träger für einen oder mehrere Bremsaktuatoren, wie Sattelbremsen (10), dient.
  9. Radsatzlagerung nach Anspruch 8 mit einem Radsatz, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Radsatzwelle (2) eine oder mehrere Bremsscheiben (9) befestigt sind.
  10. Radsatzlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit einem Radsatz (2, 3) und mit innengelagertem Drehgestell, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (7) über eine Radsatzführungsbuchse (4) gelenkig mit dem Drehgestellrahmen (8) verbunden ist, während zwischen Drehgestellrahmen (8) und Torsionsfeder (1, 12) keine direkte Verbindung besteht.
  11. Radsatzlagerung mit einem Radsatz (2, 3) und mit innengelagertem Drehgestell nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der mittlere Teil der Torsionsfeder (1, 12) parallel zur Radachse in der Nähe der Verbindungslinie zwischen den beiden Radsatzführungsbuchsen (4) angeordnet ist.
  12. Radsatzlagerung mit einem Radsatz (2, 3) und mit innengelagertem Drehgestell nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Radsatzführungsbuchse (4) ein Lager (13) für die Verbindung mit dem Rahmen (8) des Drehgestells vorgesehen ist, wobei die Drehachsen (14) des Lagers (13) einen Winkel mit dem mittleren Abschnitt der Torsionsfeder (1) einschließen.
  13. Radsatzlagerung mit einem Radsatz (2, 3) und mit innengelagertem Drehgestell nach Anspruch 10 oder 11 sowie mit einem Radsatzantrieb, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der mittlere Abschnitt der Torsionsfeder (1, 12) Teil einer Drehmomentabstützung für den Radsatzantrieb ist.
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