EP3046824B1 - Fahrwerk für ein schienenfahrzeug - Google Patents

Description

• Die Erfindung betriff ein Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug, insbesondere für eine Lokomotive, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
• Bei Fahrwerken für Schienenfahrzeuge besteht der grundsätzliche Zielkonflikt zwischen dem dynamischen Laufverhalten bei Bogenfahrt und der Fahrstabilität bei Geradeausfahrt mit hoher Geschwindigkeit. Der Zielkonflikt ist bereits seit langer Zeit bekannt und es gibt dazu in der Geschichte der Eisenbahntechnik die unterschiedlichsten Lösungsansätze. Gerade in der jüngeren Vergangenheit bekommt dieser Zielkonflikt erneut Bedeutung durch eine Verschärfung der Zugangsbedingungen zum Schienennetz durch die Infrastrukturbetreiber in Europa sowie vor der anhaltenden Diskussion um die Einführung verschleißabhängiger Nutzungsgebühren des Schienennetzes.
• Die Offenlegungsschrift DE 44 24 884 A1 offenbart ein Laufwerk für Schienenfahrzeuge mit mindestens zwei Radsätzen. Jeder Radsatz ist beiderseits über Lenker zwischen Achslager und Fahrzeugrahmen bzw. Drehgestellrahmen angeordnet. Jeder Radsatzlenker ist als Dreieckslenker ausgebildet, wobei die Anlenkpunkte durch Aufnahmen mit zugeordneten Bolzen in den Eckbereichen gebildet sind. Zwei Anlenkpunkte sind an einem Teil und ein weiterer Anlenkpunkt am anderen Teil angeordnet. Der die Achsquersteifigkeit bestimmende Anlenkpunkt weist eine geringe horizontale Steifigkeit als weiche Aufnahme auf, während die anderen beiden Anlenkpunkte eine hohe horizontale Steifigkeit als harte Aufnahmen aufweisen. Nachteilig hieran ist, dass die Achsquersteifigkeit unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit konstant ist und damit ein unzureichender Kompromiss zwischen Radialstellung der Radsätze bei Bogenfahrt und Fahrstabilität bei schneller Geradeausfahrt hingenommen werden muss.
• Die Übersetzung DE 699 20 527 T2 der Patentschrift EP 1 228 937 B1 zeigt eine Vorrichtung für die Führung der Achsen des Drehgestells eines Schienenfahrzeugs. Die Vorrichtung umfasst zumindest ein elastisch-hydraulisches Antriebsgelenk, das entlang einer horizontalen Achse zwischen einem Gehäuse jeder montierten Achse und dem Drehgestellrahmen angeschlossen ist. Das Antriebsgelenk wird durch eine aktive Steuerung des primären Untergestells des Drehgestells für die radiale Ausrichtung der Achsen zu einer Kurve des Gleises gesteuert und wirkt als Hydraulikzylinder. Diese Lösung geht mit dem Nachteil einer aufwändigen aktiv gesteuerten, hydraulischen Radsatzlenkung einher.
• Aus der Veröffentlichung der Patentanmeldung EP 1 457 706 A1 ist ein Achslenkerlager, insbesondere für Schienenfahrzeuge, bekannt. Es umfasst einen um eine Querrichtung drehbaren Lenkerbolzen und wenigstens ein Federelement, das zwischen dem Lenkerbolzen und dem Lenkerauge des Achslenkers angeordnet ist. Das Federelement umfasst eine hydraulische Buchse, die ein äußeres und ein inneres Gehäuse aufweist, welche einander in radialem Abstand umschließen, um einen Ringspalt zu bilden. In dem Ringspalt ist ein gummielastisches Element vorgesehen, welches wenigstens zwei diametral einander gegenüberliegende Kammern zumindest teilweise begrenzt, die mit einem hydraulischen Fluid gefüllt sind und über einen Überlaufkanal miteinander verbunden sind. Die Steifigkeitscharakteristik des Lagers wird durch die Geometrie des gummielastischen Elements sowie die geometrische Ausbildung der Kammern beeinflusst. Der offenbarte Achslenker ist in seinem Mittelbereich unelastisch mit dem Radsatzlagergehäuse verbunden und an seinem dem Lenkerauge gegenüber liegenden Ende über einen Stoßdämpfer mit dem Fahrgestell des Schienenfahrzeugs gekoppelt.
• Aus der Gebrauchsmusterschrift CN 201914271 U ist ein Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug bekannt. Das Fahrwerk weist einen auf einem ersten Radsatz und einem zweiten Radsatz abgestützten Fahrwerksrahmen auf. Zur horizontalen Achsführung des Radsatzes weist das Fahrwerk auf beiden Fahrwerksseiten je einen Dreieckslenker auf. Ein Dreiecklenker ist mit einem von zwei Achslagern eines Radsatzes durch ein radsatzseitiges Lager und mit dem Fahrwerksrahmen durch zwei rahmenseitige Lager gelenkig verbunden. Die Lager jedes Dreieckslenkers sind auf den Ecken jeweils eines horizontal ausgerichteten, gleichschenkligen Dreiecks angeordnet, dessen Spitze das radsatzseitige Lager und dessen Basis die rahmenseitigen Lager bilden. Die rahmenseitigen Lager weisen Elastomerbuchsen mit konstanter Längs- und Quersteifigkeit auf.
• Die Offenlegungsschrift DE 10 2010 033 811 A1 offenbart ein Hydro-Lager, zusammengesetzt aus einem metallischen Innenbolzen, der von einem Elastomer so ummantelt ist, dass durch eine anvulkanisierte zweiteilige Zwischenhülse in Halbschalenform zwei symmetrische, sich diametral gegenüberliegende Kammern gebildet werden, welche zur Aufnahme von hydraulischer Dämpfungsflüssigkeit dienen. Hierüber wird eine Außenhülse gezogen. Durch das Elastomer wird eine relative Radialverlagerung des Innenbolzens zur Außenhülse ermöglicht, die je nach Kennlinie die federnde Bewegung des Lagers in Abhängigkeit der Dämpfung bzw. Steifigkeit beeinflusst. Durch zusätzliches Einfügen von Dichtlippen an den Kammern zwischen Außen- und Zwischenhülse wird eine hermetische und dauerhafte Abdichtung der Kammern erzielt.
• Aus der Veröffentlichung FR 2 747 166 A1 ist eine hydraulische Antischwingungsstützhülse für Federungseinheiten von Kraftfahrzeugen bekannt. Sie weist zwei starre Rohre auf, von welchen das eine das andere Rohr umschließt. Die Rohre sind über einen Elastomerkörper miteinander verbunden, um zwei dichte, diametral gegenüberliegende Kammern zu bilden, die miteinander durch einen schmalen Kanal verbunden sind. Die Kammern und der Kanal sind mit einer Flüssigkeit gefüllt. Die Kammern werden teilweise durch eine flexible Dichtungsmembran definiert, die sie von einer Luftkammer trennen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrwerk der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches den Zielkonflikt zwischen dynamischem Laufverhalten bei Bogenfahrt und Fahrstabilität bei Geradeausfahrt mit hoher Geschwindigkeit löst.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein gattungsgemäßes Fahrwerk mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen.
• Demnach weist das Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug, insbesondere für eine Lokomotive, einen mindestens auf einem ersten Radsatz und einem zweiten Radsatz abgestützten Fahrwerksrahmen auf. Je Radsatz weist das Fahrwerk beiderseits je einen Dreieckslenker zur horizontalen Achsführung des Radsatzes auf. Dabei ist ein Dreieckslenker mit einem von zwei Achslagern eines Radsatzes durch ein radsatzseitiges Lager und mit dem Fahrwerksrahmen durch zwei rahmenseitige Lager gelenkig verbunden. Die rahmenseitigen Lager weisen Elastomerbuchsen mit konstanter Längs- und Quersteifigkeit auf. Erfindungsgemäß weisen die radsatzseitigen Lager Hydraulikbuchsen mit konstanter Quersteifigkeit und veränderlicher Längssteifigkeit auf. Dabei sind die Lager jedes Dreieckslenkers auf den Ecken jeweils eines horizontal ausgerichteten, gleichschenkligen Dreiecks angeordnet, dessen Spitze das radsatzseitige Lager und dessen Basis die rahmenseitigen Lager bilden. Durch die symmetrisch zur Längsrichtung verteilte Anordnung der Lager auf den Ecken eines gleichschenkligen Dreiecks erreicht man eine besonders hohe Quersteifigkeit des Dreieckslenkers, die durch die Eigenschaften des Elastomers in den Lagern bestimmt ist. Die veränderliche Längssteifigkeit des Hydrauliklagers ist abhängig von der Frequenz von zu übertragenden Führungskräften, die geschwindigkeitsabhängig durch den Wellenlauf eines Radsatzes erregt werden. Das Hydrauliklager weist bei hohen Erregungsfrequenzen eine große Längssteifigkeit und bei niedrigen Erregungsfrequenzen eine geringe Längssteifigkeit auf. Eine Bogenfahrt des Schienenfahrzeugs ist durch niedrige Erregungsfrequenzen der durch den Dreiecklenker zu übertragenden Führungskräfte gekennzeichnet, so dass die damit einhergehende geringe Längssteifigkeit des Hydrauliklagers eine Radialstellung des ersten und zweiten Radsatzes erlaubt. Bei Geradeausfahrt des Schienenfahrzeugs mit hohen Geschwindigkeiten werden Führungskräfte mit hohen Frequenzen erregt, so dass die damit einhergehende hohe Längssteifigkeit des Hydrauliklagers eine hohe Fahrstabilität des Fahrwerks bewirkt. Erfindungsgemäß weist jede Hydraulikbuchse eine in Längsrichtung außen liegende Fluidkammer und eine in Längsrichtung innen liegende Fluidkammer auf, die in Längsrichtung einander gegenüber liegend angeordnet und mit einem Hydraulikfluid gefüllt sind, wobei an jede Fluidkammer ein Fluidkanal zum Ein- oder Ausströmen von Hydraulikfluid in die oder aus der Fluidkammer angeschlossen ist, wobei die Längssteifigkeit der Hydraulikbuchse sich in Abhängigkeit der Erregerfrequenz von durch Radsatzführungskräfte erzwungenen Fluidströmungen in eine oder aus einer Fluidkammer verändert. Der Strömungswiderstand, den der Fluidkanal einer Fluidströmung des Hydraulikfluids entgegensetzt, bestimmt, wie schnell Hydraulikfluid von einer durch Führungskräfte mit Druck beaufschlagten Fluidkammer ausströmen oder unter Überdruck stehendes Hydraulikfluid aus einem Fluidkanal in eine Fluidkammer einströmen kann. Dabei spielen Querschnitt und Länge des Fluidkanals eine entscheidende Rolle. Innen liegend und außen liegend sind hier in Bezug auf die Längsrichtung, welche als parallel zur Fahrt- oder Schienenrichtung verlaufend definiert ist, bezeichnet. In Längsrichtung sind der erste und zweite Radsatz hintereinander - anders ausgedrückt, beiderseits einer Fahrwerksmitte - angeordnet, wobei eine innen liegende Fluidkammer der Fahrwerksmitte zugewandt und eine außen liegende Fluidkammer der Fahrwerksmitte abgewandt angeordnet sind. Auf derselben Fahrwerksseite angeordnete Hydraulikbuchsen sind über externe Fluidkanäle derart verbunden , dass die außen liegende Fluidkammer des ersten Radsatzes mit der innen liegenden Fluidkammer des zweiten Radsatzes und die innen liegende Fluidkammer des ersten Radsatzes mit der außen liegenden Fluidkammer des zweiten Radsatzes hydraulisch gekoppelt sind. Über externe, als starre Leitungen oder flexible Schläuche ausgebildete Fluidkanäle können Fluidkammern unterschiedlicher Hydraulikbuchsen hydraulisch gekoppelt werden. Die Kopplung erfolgt symmetrisch zur Längsrichtung auf beiden Fahrwerksseiten. Die Lenkung des ersten und zweiten Radsatzes erfolgt hier ebenso rein passiv. Durch die Kopplung wird die Radialstellung der Radsätze im Gleisbogen begünstigt und die erforderliche hohe Längssteifigkeit bei Anfahren mit hoher Zugkraft bzw. beim Bremsen sichergestellt. Bei gleichsinnigen Kräften auf beide radsatzseitigen Lager, etwa beim Anfahren oder Bremsen der Radsätze, kommt es zu keinem Fluidaustausch zwischen den gekoppelten Fluidkammern - die radsatzseitigen Lager reagieren hart. Bei gegensinnigen Kräften, etwa bei einer Bogenfahrt, wird zwischen den gekoppelten Fluidkammern Hydraulikfluid ausgetauscht - die radsatzseitigen Lager reagieren weich. Durch die hydraulische Kopplung zwischen dem ersten und dem zweiten Radsatz und durch den gleichen hydraulischen Druck in den gekoppelten Fluidkammern stellen sich die Radsätze radial zum Gleisbogen.
• In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrwerks weist ein rahmenseitiges Lager einen die Elastomerbuchse vertikal durchsetzenden Lagerbolzen mit horizontal verlaufenden Durchgangslöchern auf, durch die Befestigungsmittel zur Verbindung des Lagers mit dem Fahrwerksrahmen oberhalb und unterhalb der Elastomerbuchse geführt sind. Hierdurch erfolgt eine sichere Befestigung des rahmenseitigen Lagers am Fahrwerksrahmen durch zwei in Längsrichtung verlaufende Schraubverbindungen, wobei der Dreieckslenker zwei Freiheitsgrade für Drehbewegungen um die vertikal verlaufenden Lagerbolzen hat.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrwerks weist ein radsatzseitiges Lager einen die Hydraulikbuchse vertikal durchsetzenden Lagerbolzen mit einem vertikal verlaufenden Durchgangsloch auf, durch das Befestigungsmittel zur Verbindung des Lagers mit dem Achslager des Radsatzes koaxial durch die Hydraulikbuchse geführt sind. Sowohl Lenkerbolzen als auch als Schraubverbindung ausgeführte Befestigungsmittel weisen hier eine gemeinsame vertikale Achse auf, wobei der Lenkerbolzen in entsprechenden Aufnahmen am Achslager des Radsatzes oberhalb und unterhalb der Hydraulikbuchse sitzt.
• In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrwerks ist jeweils über einen Fluidkanal gekoppelten Fluidkammern ein Drucksensor zugeordnet, der bei einem Abfall des im Hydraulikfluid herrschenden Druckes unter einen vorgebbaren Schwellenwert anspricht, wobei die Drucksensoren einzeln und/oder seriell mit einer Drucküberwachungseinrichtung verbunden sind, und wobei die Drucküberwachungseinrichtung dazu ausgebildet ist, ein Warnsignal an ein Zentralsteuergerät des Schienenfahrzeuges zu übermitteln, wenn einzelne und/oder alle Drucksensoren ansprechen. Hierdurch ist eine Diagnose im Versagensfall des Hydrauliksystems möglich. Die Drucksensoren messen den in gekoppelten Fluidkammern herrschenden Druck, wobei ein Schalter geschlossen wird, sobald der Druck unter einen Schwellenwert fällt. Bei einzelner Verbindung der Drucksensoren mit der Drucküberwachungseinrichtung kann dort für jede Hydraulikbuchse separat festgestellt werden, ob ein kritischer Druckabfall vorliegt. Bei serieller Verbindung der Drucksensoren mit der Drucküberwachungseinrichtung kann dort festgestellt werden, ob in den Hydraulikbuchsen insgesamt ein kritischer Druckabfall vorliegt. Je nach Feststellung kann an ein Zentralsteuergerät des Schienenfahrzeugs ein Warnsignal über den kritischen Druckabfall ausgegeben werden. Hierdurch kann die Betriebssicherheit des Schienenfahrzeugs sichergestellt werden.
• In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrwerks ist zwischen dem ersten Radsatz und dem zweiten Radsatz ein dritter Radsatz angeordnet ist. Die bislang für zweiachsige Fahrwerke beschriebene Erfindung ist auch für dreiachsige Fahrwerke anwendbar, wo zwischen dem ersten und dem zweiten Radsatz als äußere Radsätze noch ein dritter, innerer Radsatz angeordnet ist. Indem die Radialstellung der äußeren Radsätze durch erfindungsgemäße Dreieckslenker bewerkstelligt wird, nimmt der dritte, innere Radsatz ohnehin eine Radialstellung ein.
• Weitere Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Fahrwerks ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung anhand der Zeichnungen, in deren

FIG 1

ein zweiachsiges Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fahrwerks in Draufsicht,

FIG 2

ein dreiachsiges Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fahrwerks in Draufsicht,

FIG 3

eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Dreieckslenkers,

FIG 4

eine Draufsicht auf den Dreieckslenker nach FIG 3,

FIG 5

eine grafische Darstellung der Frequenzabhängigkeit der Längssteifigkeit einer Hydraulikbuchse des Dreieckslenkers,

FIG 6

ein weiteres zweiachsiges Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fahrwerks in Draufsicht,

FIG 7

eine erste Schaltung von Drucksensoren zur Signalübertragung an eine Drucküberwachungseinrichtung,

FIG 8

eine zweite Schaltung von Drucksensoren zur Signalübertragung an eine Drucküberwachungseinrichtung

schematisch veranschaulicht sind.
• Ein erfindungsgemäßes Fahrwerk 1, auf das sich um eine vertikale Achse drehbar ein nicht dargestellter Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs, beispielsweise einer Lokomotive, federnd abstützt, weist gemäß FIG 1 und FIG 2 einen Fahrwerksrahmen 2 auf. Der Fahrwerksrahmen 2 stützt sich mindestens auf einen ersten Radsatz 3 und einen zweiten Radsatz 4 ab, die im Folgenden gemeinsam als Radsätze 3 und 4 bezeichnet werden. Jeder der Radsätze 3 und 4 weist zwei Schienenräder 5 auf, welche durch eine in zwei Achslagern 6 gelagerte Radachse 7 verbunden sind. Zur horizontalen Achsführung der Radsätze 3 und 4 sind diese jeweils auf beiden Fahrwerksseiten über Dreieckslenker 8 am Fahrwerksrahmen 2 angelenkt. Jeder Dreieckslenker 8 ist dabei mit einem Achslager 6 durch ein radsatzseitiges Lager 9 und mit dem Fahrwerksrahmen 2 durch zwei rahmenseitige Lager 10 gelenkig verbunden. Die rahmenseitigen Lager 9 weisen Elastomerbuchsen 11 mit konstanter Längs- und Quersteifigkeit und die radsatzseitigen Lager 10 Hydraulikbuchsen mit konstanter Quersteifigkeit und veränderlicher Längssteifigkeit auf. Die Lager 9 und 10 jedes Dreieckslenkers 8 sind auf den Ecken jeweils eines horizontal ausgerichteten, gleichschenkligen Dreiecks angeordnet, dessen Spitze das radsatzseitige Lager 9 und dessen Basis die rahmenseitigen Lager 10 bilden. Die Lager 9 und 10 jedes Dreieckslenkers 8 sind auf den Ecken jeweils eines horizontal ausgerichteten, gleichschenkligen Dreiecks angeordnet, dessen Spitze das radsatzseitige Lager 9 und dessen Basis die rahmenseitigen Lager 10 bilden. Im Gegensatz zu dem in FIG 1 dargestellten zweiachsigen Fahrwerk 1 weist ein dreiachsiges Fahrwerk 1 gemäß FIG 2 einen dritten Radsatz 13 auf, der in Längsrichtung X zwischen dem ersten Radsatz 3 und dem zweiten Radsatz 4 angeordnet und mit dem Fahrwerksrahmen 2 verbunden ist. Bei einer Bogenfahrt des Schienenfahrzeugs werden die äußeren Radsätze 3 und 4 radial zum Gleisbogen ausgerichtet, was in FIG 1 und FIG 2 durch eine Strich-Punkt-Linie angedeutet ist. Hierzu weisen die Hydraulikbuchsen 12 bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten eine geringe Längssteifigkeit auf, während sie bei hohen Fahrgeschwindigkeiten auf weitgehend geradlinigen Gleisen eine hohe Längssteifigkeit aufweisen, was zu einer hohen Fahrstabilität führt.
• Gemäß FIG 3 und FIG 4 weist jeder der Dreieckslenker 8 einen Lenkerkorpus 14 auf, über dessen sich horizontal erstreckende Verbindungswand 15 zwei kleinere Lenkeraugen 16 zur Aufnahme der Elastomerbuchsen 11 und ein größeres Lenkerauge 17 zur Aufnahme der Hydraulikbuchse 12 miteinander verbunden sind. Der Lenkerkorpus 14 kann als Gussteil oder als Schmiedeteil oder als Frästeil ausgebildet sein. An den beiden das größere Lenkerauge 17 mit den kleineren Lenkeraugen 16 verbindenden Seitenrändern der Verbindungswand 15 sind optional vertikal hervorstehende Verbindungsstege 18 angeformt. Jede Elastomerbuchse 11 weist eine innere Lagerschale 19, eine äußere Lagerschale 20 und einen zwischen diesen eingebetteten Elastormerring 21 auf. Durch den rotationssymmetrischen Aufbau der Elastomerbuchse 11 weist diese eine kontante Steifigkeit in Längsrichtung X und in Querrichtung Y auf. Die äußere Lagerschale 20 sitzt im kleineren Lenkerauge 16, während die innere Lagerschale 19 von einem vertikal ausgerichteten Lagerbolzen 22 durchsetzt ist. An den beiden aus der inneren Lagerschale 19 herausragenden Enden des Lagerbolzens 22 sind jeweils zwei ebene, parallel zueinander liegende Auflageflächen herausgearbeitet, in deren Bereich je ein horizontal verlaufendes Durchgangsloch 23 eingearbeitet ist. Die Durchgangslöcher 23 dienen der Durchführung von Befestigungsmitteln 24 zur Verbindung der rahmenseitigen Lager 10 mit dem Fahrwerksrahmen 2 oberhalb und unterhalb der Elastomerbuchsen 11. Jede Hydraulikbuchse 12 weist ebenfalls eine innere Lagerschale 25, eine äußere Lagerschale 26 und einen zwischen diesen eingebettetes, ringförmiges Elastomerelement 27 auf. Die äußere Lagerschale 26 sitzt im größeren Lenkerauge 17, während die innere Lagerschale 25 vertikal von einem Lagerbolzen 28 durchsetzt wird. Der Lagerbolzen 28 weist ein vertikal verlaufendes Durchgangsloch 29 auf, durch das Befestigungsmittel 30 zur Verbindung des radsatzseitigen Lagers 9 mit dem Achslager 6 koaxial durch die Hydraulikbuchse 12 geführt sind. An in Längsrichtung X einander gegenüber liegenden Seiten bilden das Elastomerelement 27 und die äußere Lagerschale 26 zwei segmentförmige Hohlräume aus, von welchen der den Elastomerbuchsen 11 zugewandte Hohlraum eine innen liegende Fluidkammer 31 und der den Elastomerbuchsen 11 abgewandte Hohlraum eine außen liegende Fluidkammer 32 bilden. Die Fluidkammern 31 und 32 sind gemäß einer nicht beanspruchten Anordnung durch einen internen Fluidkanal 33 miteinander verbunden und mit einem Hydraulikfluid befüllt. Hierdurch sind die innen und außen liegende Fluidkammer 31 und 32 derart hydraulisch gekoppelt, dass Hydraulikfluid, welches durch äußere Druckbeaufschlagung aus einer der Fluidkammern 31 oder 32 herausströmt, in die andere Fluidkammer 32 oder 31 einströmt. Die Druckbeaufschlagungen rühren von Führungskräften zwischen den Achslagern 6 der Radsätze 3 und 4 und dem Fahrwerksrahmen 2 her, die die Dreieckslenker 8 übertragen und zu einem Fluidaustausch zwischen den Fluidkammern 31 und 32 in den Hydraulikbuchsen 12 führen können.
• Entscheidend für die Längssteifigkeit c der Hydraulikbuchsen 12 ist dabei die Frequenz f, mit der im Elastomerelement 27 Querbeschleunigungen von außen durch den Wellenlauf der Radsätze 3 und 4 erregt werden. Neben einer hohen Quersteifigkeit weisen die Hydraulikbuchsen 12 eine veränderliche, erregerfrequenzabhängige Längssteifigkeit c auf, deren Verlauf in FIG 5 angedeutet ist. Niedrige Frequenzen f, die bei geringen Fahrgeschwindigkeiten des Schienenfahrzeugs, beispielsweise bei Bogenfahrten, auftreten, gehen mit einer geringen Längssteifigkeit c_niedrig einher; die radsatzseitigen Lager 9 sind dann weich, so dass eine Radialeinstellung der Radsätze 3 und 4 im Gleisbogen durch Fluidaustausch möglich ist. Bei hohen Fahrgeschwindigkeiten des Schienenfahrzeugs bei Geradeausfahrten treten hohe Erregerfrequenzen f auf, die mit einer hohen Längssteifigkeit c_hoch einhergehen; die radsatzseitigen Lager 9 sind dann hart, wodurch die Fahrstabilität des Fahrwerks 1 erhöht wird. Der Geschwindigkeit des Fluidaustausches zwischen den Fluidkammern 31 und 32 hängt dabei vom Strömungswiderstand des internen Fluidkanals 33 ab, der im Wesentlichen durch dessen Verlauf und Querschnittsfläche bestimmt ist.
• Die Fluidkammern 31 und 32 sind in der Ausführung gemäß FIG 6 nicht intern in einer Hydraulikbuchse 12 verbunden, sondern über externe Fluidkanäle 34, die als starre Hydraulikleitung oder als flexible Hydraulikschläuche ausgeführt sein können. Die auf derselben Fahrwerksseite angeordneten Hydraulikbuchsen 12 sind hier über zwei externe Fluidkanäle 34 derart verbunden, dass die außen liegende Fluidkammer 32 des ersten Radsatzes 3 mit der innen liegenden Fluidkammer 31 des zweiten Radsatzes 4 und die innen liegende Fluidkammer 31 des ersten Radsatzes 3 mit der außen liegenden Fluidkammer 32 des zweiten Radsatzes 4 hydraulisch gekoppelt sind. Die Kopplung erfolgt symmetrisch zur Längsrichtung auf beiden Fahrwerksseiten, wodurch die Radialstellung der Radsätze 3 und 4 im Gleisbogen begünstigt und die erforderliche hohe Längssteifigkeit c bei Anfahren mit hoher Zugkraft bzw. beim Bremsen sichergestellt wird. Beim Antreiben oder Bremsen der Radsätze 3 und 4 werden die radsatzseitigen Lager 9 mit gleichsinnigen Kräften beaufschlagt, so dass es zu keinem Fluidaustausch zwischen den gekoppelten Fluidkammern 31 und 32 kommt - das Lager 9 reagiert hart. Bei Bogenfahrt treten gegensinnige Kräfte auf, so dass Hydraulikfluid zwischen den gekoppelten innen liegenden und außen liegenden Fluidkammern 32 ausgetauscht wird und es aufgrund der weichen Lagerreaktion zu einer Radialeinstellung der Radsätze 3 und 4 kommen kann. Der Vorteil dieses Konzeptes besteht in einer guten Übertragung von Zug-Druck-Kräften.
• Zur Überwachung des Hydraulikdruckes p ist gemäß FIG 7 und FIG 8 jedem Paar von über einen Fluidkanal 33 oder 34 gekoppelten Fluidkammern 31 und 32 ein Drucksensor 35 zugeordnet. Der Drucksensor 35 spricht an, wenn der im Hydraulikfluid herrschende Druck p unter einen vorgebbaren Schwellenwert abfällt. Bei serieller Schaltungsanordnung der Drucksensoren 35 gemäß FIG 7 wird in einer Drucküberwachungseinrichtung 36 festgestellt, ob in den gekoppelten Fluidkammern 31 oder 32 insgesamt ein kritischer Druckabfall vorliegt. Bei einzelner Verbindung der Drucksensoren 35 mit der Drucküberwachungseinrichtung 36 gemäß FIG 8 kann dort für jedes Paar gekoppelter Fluidkammern 31 und 32 separat festgestellt werden, ob ein kritischer Druckabfall vorliegt. Die Drucküberwachungseinrichtung 36 ist dazu ausgebildet, ein Warnsignal an ein Zentralsteuergerät 37 des Schienenfahrzeuges zu übermitteln, wenn einzelne und/oder alle Drucksensoren 35 ansprechen. Hierdurch ist eine Diagnose im Versagensfall des Hydrauliksystems möglich. Je nach Feststellung kann an ein Zentralsteuergerät 37 des Schienenfahrzeugs ein Warnsignal über den kritischen Druckabfall ausgegeben werden. Hierdurch kann die Betriebssicherheit des Schienenfahrzeugs sichergestellt werden.

Claims (5)

1. Fahrwerk (1) für ein Schienenfahrzeug, insbesondere für eine Lokomotive, welches einen mindestens auf einem ersten Radsatz (3) und einem zweiten Radsatz (4) abgestützten Fahrwerksrahmen (2) und je Radsatz (3, 4) auf beiden Fahrwerksseiten je einen Dreieckslenker (8) zur horizontalen Achsführung des Radsatzes (3, 4) aufweist, wobei ein Dreieckslenker (8) mit einem von zwei Achslagern (6) eines Radsatzes (3, 4) durch ein radsatzseitiges Lager (9) und mit dem Fahrwerksrahmen (2) durch zwei rahmenseitige Lager (10) gelenkig verbunden ist, wobei die Lager (9, 10) jedes Dreieckslenkers (8) auf den Ecken jeweils eines horizontal ausgerichteten, gleichschenkligen Dreiecks angeordnet sind, dessen Spitze das radsatzseitige Lager (9) und dessen Basis die rahmenseitigen Lager (10) bilden, und wobei die rahmenseitigen Lager (10) Elastomerbuchsen (11) mit konstanter Längs- und Quersteifigkeit aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die radsatzseitigen Lager (9) Hydraulikbuchsen (12) mit konstanter Quersteifigkeit und veränderlicher Längssteifigkeit (c) aufweisen, wobei jede Hydraulikbuchse (12) eine in Längsrichtung (X) außen liegende Fluidkammer (32) und eine in Längsrichtung (X) innen liegende Fluidkammer (31) aufweist, die in Längsrichtung (X) einander gegenüber liegend angeordnet und mit einem Hydraulikfluid gefüllt sind, wobei an jede Fluidkammer (31, 32) ein Fluidkanal (33, 34) zum Ein- oder Ausströmen von Hydraulikfluid in die oder aus der Fluidkammer (31, 32) angeschlossen ist, wobei die Längssteifigkeit (c) der Hydraulikbuchse (12) sich in Abhängigkeit der Erregerfrequenz von durch Radsatzführungskräfte erzwungenen Fluidströmungen in eine oder aus einer Fluidkammer (31, 32) verändert, und wobei auf derselben Fahrwerksseite angeordnete Hydraulikbuchsen (12) über externe Fluidkanäle (34) derart verbunden sind, dass die außen liegende Fluidkammer (32) des ersten Radsatzes (3) mit der innen liegenden Fluidkammer (31) des zweiten Radsatzes (4) und die innen liegende Fluidkammer (31) des ersten Radsatzes (3) mit der außen liegenden Fluidkammer (32) des zweiten Radsatzes (4) hydraulisch gekoppelt sind.
2. Fahrwerk (1) nach Anspruch 1, wobei ein rahmenseitiges Lager (10) einen die Elastomerbuchse (11) vertikal durchsetzenden Lagerbolzen (22) mit horizontal verlaufenden Durchgangslöchern (23) aufweist, durch die Befestigungsmittel (24) zur Verbindung des Lagers (10) mit dem Fahrwerksrahmen (2) oberhalb und unterhalb der Elastomerbuchse (11) geführt sind.
3. Fahrwerk (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein radsatzseitiges Lager (9) einen die Hydraulikbuchse (12) vertikal durchsetzenden Lagerbolzen (28) mit einem vertikal verlaufenden Durchgangsloch (29) aufweist, durch das Befestigungsmittel (30) zur Verbindung des Lagers (10) mit dem Achslager (6) des Radsatzes (3, 4) koaxial durch die Hydraulikbuchse (12) geführt sind.
4. Fahrwerk (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jeweils über einen Fluidkanal (34) gekoppelten Fluidkammern (31, 32) ein Drucksensor (35) zugeordnet ist, der bei einem Abfall des im Hydraulikfluid herrschenden Druckes (p) unter einen vorgebbaren Schwellenwert anspricht, wobei die Drucksensoren (35) einzeln und/oder seriell mit einer Drucküberwachungseinrichtung (36) verbunden sind, und wobei die Drucküberwachungseinrichtung (36) dazu ausgebildet ist, ein Warnsignal an ein Zentralsteuergerät (37) des Schienenfahrzeuges zu übermitteln, wenn einzelne und/oder alle Drucksensoren (35) ansprechen.
5. Fahrwerk (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zwischen dem ersten Radsatz (3) und dem zweiten Radsatz (4) ein dritter Radsatz (13) angeordnet ist.

Images