EP3221203B1

EP3221203B1 - Fahrwerksrahmen für ein schienenfahrzeug

Info

Publication number: EP3221203B1
Application number: EP16706181.1A
Authority: EP
Inventors: Markus Hubmann; Radovan Seifried
Original assignee: Siemens Mobility GmbH
Current assignee: Siemens Mobility Austria GmbH
Priority date: 2015-03-03
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2019-09-11
Anticipated expiration: 2036-02-24
Also published as: AT516924A2; WO2016139098A1; US10532752B2; CN107406087B; US20180029616A1; EP3221203A1; CN107406087A

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen Fahrwerksrahmen für ein Schienenfahrzeug mit

zwei Längsträgern welche sich parallel zu einer Längsrichtung erstrecken und als I-Träger ausgebildet sind, wobei der Längsträger einen Längsträger-Obergurt, einen Längsträger-Untergurt sowie einen Steg umfasst,
einem kastenförmigen Querträger welcher sich normal zur Längsrichtung parallel zu einer Querrichtung erstreckt und die beiden Längsträger miteinander verbindet,

Stand der Technik

Fahrwerke, auch Drehgestelle genannt, von Schienenfahrzeugen weisen in der Regel zwei Radsätze auf, welche auf Gleisen geführt sind, und sind mit Wagenkästen des Schienenfahrzeuges verbunden. Ein wesentlicher Bestandteil eines Fahrwerks ist ein Fahrwerksrahmen, an welchem die Radsätze bspw. über eine Radsatzführung bzw. eine Primärfederung und der Wagenkasten bspw. über eine Sekundärfederung und eine Vorrichtung zur Kraftübertragung angebunden sind. Die Kraftflüsse zwischen den einzelnen Komponenten verlaufen dabei hauptsächlich über den Fahrwerksrahmen, welcher eine Längsrichtung und eine Querrichtung aufweist, wobei die Längsrichtung in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs weist und die Querrichtung normal zu der Längsrichtung steht.
Unter Berücksichtigung der Kriterien des Leichtbaus, wird das Gewicht des Fahrwerksrahmens dabei immer weiter reduziert. Die Längsträger des Fahrwerksrahmens, welche in der Vergangenheit in der Regel kastenförmig ausgebildet waren, also einen Obergurt, einen Untergurt und Seitenwände umfassten, werden in zunehmendem Maße als I-Träger mit offenem Profil ausgeführt, umfassend einen Längsträger-Obergurt, einen Längsträger-Untergurt und einen diese verbindenden Steg. Obwohl durch die Verwendung von I-Trägern als Längsträger eine gewünschte Verringerung der Verwinde-Steifigkeit des Fahrwerkrahmens, also ein verringerter Widerstand gegen Verdrillung um eine parallel zur Querrichtung verlaufende Querachse des Querträgers, erreicht wird, ergeben sich Nachteile im Hinblick auf die Schubsteifigkeit des Fahrwerksrahmens, also dem Widerstand gegen Verformungen durch Schubkräfte welche parallel zur Längsrichtung wirken, und die Quersteifigkeit des Fahrwerksrahmens, also den Widerstand gegen Verformungen durch Querkräfte welche parallel zur Querrichtung wirken.
Insbesondere wenn die Radsatzführung über eine im Längsträger angeordnete Radsatzführungsbuchse am Längsträger angebunden ist und damit hohe Schubkräfte und Querkräfte auf die Längsträger, welcher im Bereich des Stegs belastet wird, bzw. den gesamten Fahrwerksrahmen wirken, ist nach dem Stand der Technik nur die Überdimensionierung der Längsträger durch hohe Wandstärken bekannt, sodass die Gewichtseinsparungen und die Verringerung der Verwinde-Steifigkeit dadurch konstruktiv begrenzt sind.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die WO 2013/178716 A1 bekannt, in der ein Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug offenbart ist. Es ist ein H-förmiger Fahrwerksrahmen beschrieben, welcher Schnittstellen zu Rädern bzw. Radsätzen aufweist, über die Schnittstellenkräfte übertragen werden. Die Schnittstellenkräfte sind geneigt bezüglich einer Längs- und einer Hochachse.

Aufgabe der Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und einen Fahrwerksrahmen vorzuschlagen, welcher eine Verringerung des Gewichts sowie eine Reduktion der Verwinde-Steifigkeit des Fahrwerksrahmens erlaubt und gleichzeitig die konstruktiven Vorgaben in Bezug auf die Schubsteifigkeit und die Quersteifigkeit erfüllt.

Darstellung der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch einen Fahrwerksrahmen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert.
Die Erfindung betrifft einen Fahrwerksrahmen für ein Schienenfahrzeug mit

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass auf beiden Seiten des Stegs zumindest eine versteifende Rippe im Längsträger angeordnet ist, welche sich auf beiden Seiten des Stegs vom Steg in Querrichtung nach außen erstrecken und derart gestaltet sind, dass der Kraftfluss von der Radsatzführungsbuchse in den Querträger geleitet wird. Schubkräfte und Querkräfte wirken auf den Fahrwerksrahmen hauptsächlich im Bereich der Radsatzführungsbuchse, in welcher die Radkräfte, bspw. aus dem Rollwiderstand und den auftretenden Querkräften aus dem Rad-Schiene-Kontakt, aus der Radsatzführung in den Fahrwerksrahmen eingeleitet werden. Da die Kräfte im Wesentlichen über den Querträger an den Wagenkasten bzw. den jeweils anderen Längsträger übertragen werden, ist der Bereich des Längsträgers, der zwischen Radsatzführungsbuchse und Querträger angeordnet ist, besonders hoch belastet. Die versteifenden Rippen dienen nun dazu, den Kraftfluss von der Radsatzführungsbuchse in den Querträger zu leiten und so insbesondere eine hohe Belastung des Stegs zu vermeiden. Um eine derartige Leitung des Kraftflusses zu erreichen verlaufen die Rippen von einem Bereich des Längsträgers in dem die Radsatzführungsbuchse angeordnet ist in einen Bereich, bspw. den Zentralabschnitt, des Längsträgers in welchem der Längsträger mit dem Querträger verbunden ist. Durch die versteifenden Rippen, welche in einem rechten Winkel zu beiden Seiten des Stegs von diesem abstehen, wird also eine signifikante Steigerung der Schubsteifigkeit und Quersteifigkeit des Fahrwerksrahmens erreicht, da die Verformungs-Fähigkeit der Längsträger durch die Rippen eingeschränkt ist. Die Rippen selbst sind dabei in der Regel als Blechteile gestaltet, welche nicht aus dem Längsträger herausragen sondern sich in Querrichtung maximal bis zur Außenkante des Längsträger-Obergurts bzw. Längsträger-Untergurts erstrecken.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist dabei vorgesehen, dass der Querträger als ein Biegeteil ausgebildet ist und zumindest am Querträger-Obergurt und am Querträger-Untergurt Öffnungen aufweist, wobei eine der Öffnungen zumindest 50% der Fläche des Querträger-Obergurts bzw. Querträger-Untergurts einnimmt. Da diese Konstruktion eine weitere Reduktion der Verwinde-Steifigkeit des Fahrwerksrahmens ermöglicht, verläuft die Rippe zu jenem Teil des Querträgers (also entweder Querträger-Obergurt oder Querträger-Untergurt), der eine größere Schubsteifigkeit aufweist, also in anderen Worten zu jenem Teil des Querträgers, der die kleinere Öffnung aufweist.
Eine weitere Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Fahrwerksrahmens sieht vor, dass der Steg als Symmetrieebene zwischen je zwei versteifenden Rippen dient. Dadurch wird eine gleichmäßige Spannungsverteilung im Längsträger und in den Rippen selbst erreicht, sodass die Steifigkeiten auf beiden Seiten des Stegs gleichförmig ausgebildet sind.
Um die Kräfte aus der Radsatzführung effektiv aufnehmen zu können, ist erfindungsgemäß eine erste Verbindungsstelle, an welcher die Rippe mit der Radsatzführungsbuchse verbunden ist, auf der dem Querträger zugewandten Seite der Radsatzführungsbuchse angeordnet. Da die auf die Radsatzführungsbuchse wirkenden Schubkräfte und Querkräfte in den Querträger geleitet werden sollen, eignet sich die dem Querträger zugewandte Seite der Radsatzführungsbuchse besonders gut zur Verbindung mit den Rippen. Ein weiterer Grund für die derartige Anordnung der ersten Verbindungsstelle liegt darin, dass die Radsatzführungsbuchse eine Längsachse aufweist, welche parallel zur Querrichtung ausgerichtet ist und sich die Radsatzführungsbuchse über die gesamte Breite, also der Abmessung in Querrichtung, des Längsträgers bzw. des Längsträger-Obergurts oder des Längsträger-Unetrgurts erstreckt, bildet sich ein Bereich auf jeder Seite des Stegs aus, in welchem Steg und Radsatzführungsbuchse einen rechten Winkel einschließen.
Da die Hauptbelastung durch Schubkräfte in dem Bereich der Radsatzführungsbuchse wirkt, welche dem Querträger am nächsten ist, ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Fahrwerkrahmens vorgesehen, dass die erste Verbindungsstelle in dem Bereich der Radsatzführungsbuchse angeordnet ist, welcher in Längsrichtung gesehen den geringsten Abstand zum Querträger aufweist. Betrachtet man die Projektion des Längsträgers in Querrichtung, handelt es sich üblicher Weise bei dem Punkt an dem die erste Verbindungsstelle ausgebildet ist, um jenen Punkt am Umfang der Radsatzführungsbuchse, der die maximale Erstreckung der Radsatzbuchse in Längsrichtung definiert und somit in einer Richtung normal zu Längsrichtung und Querrichtung mittig am Umfang der Radsatzführungsbuchse angeordnet ist.
Eine vorteilhafte Gestaltung des Längsträgers zur dreidimensionalen Umlenkung der Kräfte als ein gekröpfter Längsträger sieht vor, dass der Längsträger zumindest einen an den Zentralabschnitt anschließenden Übergangsabschnitt aufweist, in welchem Längsträger-Obergurt und Längsträger-Untergurt einen spitzen Winkel miteinander einschließen, und dass die Radsatzführungsbuchse im Übergangsabschnitt, im Bereich des Längsträger-Untergurts, angeordnet ist. Der Übergang zwischen dem Zentralabschnitt des Längsträgers und einem zu diesem parallelen Endabschnitt zur Aufnahme einer Primärfederung des Schienenfahrzeuges erfolgt dabei über den Übergangsabschnitt, welcher durch den Verlauf von Längsträger-Obergurt und Längsträger-Untergurt bestimmt wird. Da jedoch Längsträger-Obergurt und Längsträger-Untergurt im Übergangsabschnitt nicht parallel zueinander verlaufen beginnt der Übergangsabschnitt des Längsträger-Untergurts in Längsrichtung gesehen an einem anderen Punkt als der des Längsträger-Obergurts. Um die Schubkräfte effektiv in den Fahrwerksrahmen einzuleiten, ist die Radsatzführungsbuchse dabei nahe am Längsträger-Untergurt im Übergangsabschnitt des Längsträgers angeordnet, sodass eine einfache Anbindung der Radsatzführung über die Radsatzführungsbuchse bzw. eines Radsatzlagers über die Primärfederung am Längsträger, beispielsweise an einem am Endabschnitt angeordneten Federtopf möglich ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass eine zweite Verbindungsstelle, an welcher die Rippe mit dem Längsträger verbunden ist und über welche der Kraftfluss in den Querträger geleitet wird, am Längsträger-Obergurt angeordnet ist. Die Verbindung mit dem Längsträger-Obergurt über die zweite Verbindungsstelle stellt dabei eine konstruktiv einfache Anbindung der Rippe an den Längsträger dar. Insbesondere wenn der Querträger-Obergurt eine größere Schubsteifigkeit aufweist, als der Querträger-Untergurt, können so die Kräfte über den Längsträger-Obergurt direkt in den Querträger-Obergurt eingeleitet werden, sodass der Kraftfluss möglichst kurz ist und der höher belastbare Querträger-Obergurt einen Großteil der Kräfte direkt aufnimmt.
Die Gestaltung der ersten und zweiten Verbindungsstelle kann dabei entweder als eine kraftschlüssige Verbindung, beispielsweise über Schrauben oder Nieten, ausgebildet sein, vorzugsweise ist die Verbindungsstelle jedoch als formschlüssige Verbindung, insbesondere als Schweißnaht, zwischen Rippe und dem jeweiligen die Verbindungsstelle ausbildenden Element ausgebildet. Dabei begrenzen die Verbindungsstellen in der Regel die Rippe und werden auf Seiten der Rippe von Stirnkanten der Rippe ausgebildet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Fahrwerksrahmens ist vorgesehen, dass die zweite Verbindungsstelle im Zentralabschnitt des Längsträger-Obergurts angeordnet ist. Da der Zentralabschnitt des Längsträger-Obergurts mit dem Querträger-Obergurt verbunden ist, ist durch eine derartige Anordnung der zweiten Verbindungsstelle die Kraftübertragung zwischen Rippe und Querträger besonders einfach bewerkstelligbar, da der Kraftfluss der Rippe über den Zentralabschnitt des Längsträger-Obergurts direkt in den Querträger-Obergurt eingeleitet wird.
Da jedoch der Zentralabschnitt des Längsträger-Obergurts zumeist vollständig zur Verbindung des Längsträgers mit dem Querträger ausgebildet ist und somit kein Bauraum vorhanden ist, an dem die Rippe direkt in den Zentralabschnitt einmünden könnte, sieht eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung vor, dass die zweite Verbindungsstelle am Übergang zwischen Zentralabschnitt und Übergangsabschnitt des Längsträger-Obergurts, vorzugsweise innerhalb eines Übergangsradius, angeordnet ist. Dieser Übergang ist immer noch sehr nahe am Querträger, sodass die Länge des Kraftflusses gegenüber einer zuvor beschriebenen Anordnung der zweiten Verbindungstelle nur geringfügig erhöht ist, jedoch ist der entsprechende Bauraum zur Verbindung der Rippe mit dem Längsträger-Obergurt vorhanden. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die zweite Verbindungsstelle innerhalb eines Übergangsradius zwischen dem Zentralabschnitt und dem Übergangsabschnitt des Längsträger-Obergurts angeordnet ist, da die Rippe damit diesen hochbelasteten Übergangsabschnitt, an dem dreidimensionale Kraftumlenkungen stattfinden, zusätzlich abstützt. Es versteht sich dabei von selbst, dass die zweite Verbindungsstelle auch im an den Übergangsradius anschließenden Bereich des Übergangsabschnitts des Längsträger-Obergurts angeordnet sein kann.
Wenn der Kraftfluss hauptsächlich über den Querträger-Untergurt verlaufen soll, beispielsweise weil er eine größere Schubsteifigkeit aufweist, etwa durch eine kleinere Öffnung, als der Querträger-Obergurt, so sieht eine alternative Ausführungsvariante der Erfindung vor, dass die zweite Verbindungsstelle am Längsträger-Untergurt im Zentralabschnitt des Längsträger-Untergurts angeordnet ist.
Da der Längsträger-Untergurt üblicher Weise in Längsrichtung eine größere Abmessung aufweist als der Längsträger-Obergurt, und damit nur ein Teil des Längsträger-Untergurts mit dem Querträger-Untergurt verbunden ist, sieht eine bevorzugte Variante der alternativen Ausführungsvariante vor, dass die zweite Verbindungsstelle im Bereich des Querträgers am Längsträger-Untergurt angeordnet ist. Somit wird wieder sichergestellt, dass der Kraftfluss möglichst direkt von der Rippe in den Querträger geleitet wird. In weiteren alternativen Ausführungsvarianten weist die Rippe dabei eine Gabelung auf und ist sowohl mit dem Längsträger-Obergurt als auch mit dem Längsträger-Untergurt verbunden.
Eine weitere Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Fahrwerkrahmens sieht vor, dass die Projektion der Rippe in Querrichtung eine Gerade ist. Unter Projektion wird im Weiteren, wie weitläufig bekannt, jene zweidimensionale Linie bzw. Figur verstanden, welche sich durch die Betrachtung der Rippe in einer vorgegebenen Richtung abbildet. In anderen Worten entspricht die Projektion der Rippe in Querrichtung jener Linie die den Verlauf der Rippe in einem Seitenriss darstellt. Damit bildet die Rippe eine durchgehende Oberfläche aus und ist fertigungstechnisch besonders günstig herstellbar.
Da die versteifenden Rippen im Bereich der ersten Verbindungsstelle einen möglichst flachen Winkel, zwischen 1° und 30°, vorzugsweise zwischen 5° und 25°, mit der Längsrichtung einschließen sollen und gleichzeitig der Winkel an der zweiten Verbindungsstelle zwischen Rippe und Längsträger-Obergurt bzw. Längsträger-Untergurt nicht zu spitz sein darf, um die Schubkräfte gut aufnehmen und übertragen zu können, ist eine gerade Projektion teilweise konstruktiv nicht erreichbar. Daher sieht eine weitere alternative Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Fahrwerkrahmens vor, dass die Projektion der Rippe in Querrichtung einen Knick aufweist, welcher die Rippe in einen ersten Rippenabschnitt und einen zweiten Rippenabschnitt unterteilt. So können die erste und die zweite Verbindungsstelle an die jeweils notwendigen Winkelbereiche angepasst werden, da durch den Knick der benötigte konstruktive Freiraum geschaffen wird. Beim Knick kann es sich ebenso um einen verrundeten Übergang ohne scharfe Kante handeln.
In einer bevorzugten Variante der weiteren alternativen Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der der Knick die Rippe in einem Verhältnis von zwischen 1:1 und 1:2 teilt. Der Knick liegt dabei jedenfalls im mittleren Drittel der Rippe, um einen guten Spannungsverlauf zu erreichen. Es ist dabei auch denkbar mehr als einen Knick vorzusehen. Ebenfalls ist es vorteilhaft, wenn die Rippenabschnitte einen stumpfen Winkel, vorzugsweise zwischen 175° und 120°, bevorzugt zwischen 175° und 150°, einschließen. Durch den stumpfen Übergang zwischen den beiden Rippenabschnitten wird eine sanfte Umlenkung des Kraftflusses erreicht und werden Spannungsspitzen im Knick weitest gehend vermieden.
Um die Rippe mit dem Steg zu verbinden, vorzugsweise zu verschweißen, sieht eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Fahrwerkrahmens vor, dass die Rippe eine dem Steg zugewandte erste Längskante und eine vom Steg abgewandte zweite Längskante aufweist, wobei die Rippe an der ersten Längskante zumindest abschnittsweise mit dem Steg verbunden ist. Der Umriss der Rippe wird dabei also durch die beiden Längskanten in Querrichtung begrenzt, normal zur Querrichtung ist der Umriss der Rippe durch die erste und zweite Verbindungsstelle begrenzt, welche als Stirnkanten der Rippe ausgebildet sind. Die erste Längskante kann ist dabei entweder durchgehend oder nur abschnittsweise mit dem Steg verbunden, wobei die Verbindung vorzugsweise über je eine Schweißnaht an Oberseite und Unterseite der Rippe erfolgt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist die Projektion der zweiten Längskante in einer Richtung normal zu einer durch Längsrichtung und Querrichtung aufgespannten Ebene eine Gerade. Die Projektion entspricht dabei der gedachten Abbildung des Umrisses der Rippe in einem Grundriss, also von oben bzw. von unten gesehen. Dadurch wird die Schubsteifigkeit und die Quersteifigkeit des Längsträgers und damit auch die entsprechenden Steifigkeiten des Fahrwerksrahmens stark erhöht, da die derart gestaltete Rippe die Verformungungsfähigkeit des Längsträgers stark einschränkt. Die Projektion der ersten Längskante ist dabei nicht zwingend parallel zur Projektion der zweiten Längskante. Bevorzugt ist die erste Verbindungsstelle in Querrichtung gemessen kürzer als die zweite Verbindungsstelle, weshalb die Verlängerungen der Projektionen der Längskanten einen spitzen Winkel einschließen.
Da der Längsträger selbst um seine Längsachse durch ein Torsionsmoment bzw. durch eine ein Torsionsmoment ausbildende Kraft einer Verwindung unterzogen sein kann, führt eine geradlinige zweite Längskante dazu, dass eine Verbindungsschweißnaht zwischen erster Längskante und Steg im mittleren Drittel der Rippe besonders stark belastet wird, da das I-Profil des Längsträgers in diesem Bereich besonders stark verwunden ist. Um die Schweißnaht zu entlasten, sieht eine weitere alternative Ausführungsvariante der Erfindung vor, dass die Projektion der zweiten Längskante in einer Richtung normal zu einer durch Längsrichtung und Querrichtung aufgespannten Ebene zumindest abschnittsweise gekrümmt ist und vorzugsweise die Form einer Ellipse ausbildet. Durch die Krümmung wird dabei ein günstiger Spannungsverlauf in der Rippe eingestellt, wobei die Krümmung vorzugsweise zumindest im mittleren Drittel der Rippe ausgebildet ist.
Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass die Rippe im Bereich der zweiten Längskante eine Einschnürung aufweist. Durch die Einschnürung oder auch Taillierung der Rippe in Querrichtung, beispielsweise durch eine abschnittsweise Krümmung der zweiten Längskante, wird ebenfalls die Reduktion der Belastung der Verbindungsschweißnaht erreicht. Vorteilhaft ist es dabei, wenn die Einschnürung derart ausgebildet ist, dass die Breite der Rippe in Querrichtung im Bereich des Maximums der Einschnürung zwischen 15% und 50%, bevorzugt zwischen 20% und 35%, der maximalen Breite der Rippe in Querrichtung liegt.

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. Die Figuren sind als beispielhaft zu verstehen und sollen den Erfindungscharakter zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben. Es zeigen:

Fig. 1: eine axonometrische Ansicht eines erfindungsgemäßen Fahrwerkrahmens;
Fig. 2: eine Seitenansicht des Fahrwerkrahmens;
Fig. 3: eine Teildarstellung einer Aufsicht eines Fahrwerksrahmens mit durchsichtig dargestelltem Längsträger-Obergurt;
Fig. 4: eine Detaildarstellung einer Rippe im Fahrwerksrahmen;
Fig. 5: eine axonometrische Ansicht der Rippe.

Ausführung der Erfindung

Figur 1 zeigt eine dreidimensionale Darstellung einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Fahrwerksrahmens für ein Schienenfahrzeug. Dieser umfasst dabei zwei Längsträger 1, welche parallel zu einer Längsrichtung 6 ausgerichtet sind, sowie einen die beiden Längsträger 1 verbindenden Querträger 2, welcher parallel zu einer normal auf die Längsrichtung 6 stehenden Querrichtung 7 ausgerichtet ist. Die Längsrichtung 6 entspricht dabei der Fahrtrichtung des Schienenfahrzeuges im Betriebszustand.
Die Längsträger 1 sind dabei als I-Träger ausgebildet und weisen damit einen Längsträger-Obergurt 3, einen Längsträger-Untergurt 4 und einen die beiden symmetrisch verbindenden Steg 5 auf. Eine gekröpfte Form des Längsträgers 1 ist dadurch gegeben, dass dieser einen Zentralabschnitt 8 und, jeweils in Längsrichtung 6 vor und hinter dem Zentralabschnitt 8, einen zum Zentralabschnitt 8 parallelen Endabschnitt 23 aufweist, welche Abschnitte 8,9 durch einen schräg verlaufenden Übergangsabschnitt 9 verbunden sind. Im Zentralabschnitt 8 des Längsträgers 1 verlaufen dabei der Längsträger-Obergurt 3 und der Längsträger-Untergurt 4 parallel zueinander. Die Verbindung mit dem Querträger 2 erfolgt ebenfalls im Zentralabschnitt 8. Zur Verbindung des Fahrwerksrahmens mit einer Radsatzführung weist jeder Längsträger 1 zwei Radsatzführungsbuchsen 10 auf, welche einen kreisrunden Querschnitt aufweisen und zur Aufnahme eines Bolzens der Radsatzführung dienen. Die Längsachsen der Radsatzführungsbuchsen 10 sind dabei parallel zur Querrichtung 7 ausgerichtet.
Der Querträger 2 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als ein einstückiges kastenförmiges Biegeteil ausgebildet, welches am Querträger-Untergurt 22 zwei miteinander verschweißte erste Kanten aufweist und am Querträger-Obergurt 21, sowie am Querträger-Untergurt 22 und Seitenwänden eine Öffnung 24 (in der Abbildung ist der Übersicht halber nur eine Öffnung 24 gekennzeichnet) aufweist, um die Verwinde-Steifigkeit des Fahrwerkrahmens zu vermindern.
Da über die Radsatzführungsbuchsen 10 Schubkräfte und Querkräfte in den Fahrwerksrahmen eingeleitet werden, sind zum Erreichen einer vorgegebenen Schubsteifigkeit bzw. Quersteifigkeit des Fahrwerkrahmens je zwei versteifende Rippen 11 pro Radsatzführungsbuchse 10 im Längsträger 1 angeordnet bzw. mit dem Längsträger 1 verbunden, welche Rippen 11 sich auf beiden Seiten des Stegs 5 symmetrisch zum Steg 5 nach außen, also in Querrichtung 7 vom Steg 5 weg, erstrecken. Insgesamt sind somit an jedem Längsträger 1 vier Rippen 11 und im gesamten Fahrwerksrahmen acht Rippen 11 vorgesehen.
In Figur 2 ist eine Seitenansicht des Fahrwerkrahmens dargestellt, in der im Wesentlichen der Längsträger 1 zu sehen ist. Dabei ist einfach zu erkennen, dass der Zentralabschnitt 8 des Längsträgers 1 näherungsweise die Form eines Parallelogramms aufweist, da der Zentralabschnitt 8a des Längsträger-Obergurts 3 kürzer ist als der Zentralabschnitt 8b des Längsträger-Untergurts 4. Dafür ist der Übergangsabschnitt 9a des Längsträger-Obergurts 3 länger als der Übergangsabschnitt 9b des Längsträger-Untergurts 4. Im Bereich des Übergangsabschnittes 9 verlaufen Längsträger-Obergurt 3 und Längsträger-Untergurt 4 nicht parallel zueinander, sondern schließen einen spitzen Winkel miteinander ein. Die Radsatzführungsbuchse 10 ist dabei im Übergangsabschnittes 9, genauer im Übergangsabschnitt 9b des Längsträger-Untergurts 4, angeordnet und schließt an den Längsträger-Untergurt 4 an.
Eine erste Verbindungsstelle 12, welche die Rippe 11 mit der Radsatzführungsbuchse 10 verbindet, ist dabei an jenem Punkt der Radsatzführungsbuchse 10 angeordnet, der dem Querträger 2 am nächsten ist. Mit anderen Worten ist die erste Verbindungsstelle 12 also in einer Höhenrichtung, welche durch den Normalvektor von Längsrichtung 6 und Querrichtung 7 definiert ist, mittig am Umfang der Radsatzführungsbuchse 10 angeordnet, da diese in der Mitte die größte Erstreckung in Längsrichtung 6 aufweist und so dem Querträger 2 am nächsten ist. Die erste Verbindungsstelle 12 kann auch an einem anderen Punkt der Radsatzführungsbuchse 10 ansetzen, wesentlich ist dabei jedoch vor allem, dass die erste Verbindungsstelle 12 auf der dem Querträger 2 zugewandten Seite der Radsatzführungsbuchse 10 angeordnet ist, um die Schubkräfte aufnehmen zu können.
Eine zweite Verbindungsstelle 13, welche die Rippe 11 mit dem Längsträger-Obergurt 3 verbindet, ist am Längsträger-Obergurt 3 im Bereich des Übergangs zwischen dem Zentralabschnitt 8a und dem Übergangsabschnitt 9a des Längsträger-Obergurts 3 angeordnet. In diesem Übergang bildet der Längsträger-Obergurt 3 einen Übergangsradius 14 aus, wobei die zweite Verbindungsstelle 13 den Übergangsradius 14 von unten mit der Rippe 11 verbindet.
Es ist dabei jedoch genauso denkbar, dass die zweite Verbindungsstelle im Zentralabschnitt 8a des Längsträger-Obergurts 3 oder im Übergangsabschnitt 9a des Längsträger-Obergurts 3 angeordnet ist.
Durch die Rippen 11 wird somit der Kraftfluss von der Radsatzführungsbuchse 10 hin zum Querträger 2, genauer gesagt dem Querträger-Obergurt 21, geleitet. Aufgrund der Tatsache, dass die Öffnung 24 am Querträger-Obergurt 21 kleiner ist als diejenige am Querträger-Untergurt 22 und der Querträger-Obergurt 21 daher eine höhere Schubsteifigkeit aufweist als der Querträger-Untergurt 22, ist die zweite Verbindungsstelle 13 am Längsträger-Obergurt 3 angeordnet bzw. ist die Rippe 11 an der zweiten Verbindungsstelle 13 mit dem Längsträger-Obergurt 3 verbunden. Im Falle, dass Querträger-Untergurt 22 und Querträger-Obergurt 21 dieselbe Schubsteifigkeit aufweisen oder dass die Schubsteifigkeit des Querträger-Untergurt 22 größer ist, ist in alternativen nicht dargestellten Ausführungsvarianten vorgesehen, dass die zweite Verbindungsstelle 13 im Zentralabschnitt 8b des Längsträger-Untergurtes 4, vorzugsweise im Bereich der Verbindung mit dem Querträger 2 angeordnet ist.
In Figur 3 ist eine Aufsicht des Fahrwerkrahmens dargestellt, wobei der Längsträger-Obergurt 3 zur einfacheren Darstellung der Rippen 11 durchsichtig dargestellt ist. Hier ist insbesondere die symmetrische Ausrichtung der Rippen 11 zum Steg 5 gut zu erkennen. Des Weiteren wird deutlich, dass die ersten und zweiten Verbindungsstellen 12, 13 durch Stirnkanten der Rippen 11 ausgebildet sind, wobei die zweiten Verbindungsstellen 13 sich in Querrichtung 7 gesehen weiter nach außen erstrecken als die ersten Verbindungsstellen 12. Zwischen den Verbindungsstellen 12,13 weisen die Rippen 11 dabei eine Einschnürung 20 auf. Um die Rippen 11 an den Verbindungsstellen 12,13 mit dem Längsträger 1 zu verbinden, sind Schweißnähte vorgesehen.
Figur 4 zeigt eine Rippe 11 im Detail, wobei insbesondere zu erkennen ist, dass die Rippe 11 einen Knick 15 aufweist. Diese Seitenansicht, welche einer Sicht in Querrichtung 7 entspricht, zeigt also eine Projektion der Rippe 11, in welcher der Knick 15 deutlich zu erkennen, ist. Der Knick 15 teilt dabei die Rippe 11 in einen ersten Rippenabschnitt 16 und einen zweiten Rippenabschnitt 17, wobei die Rippenabschnitte 16,17 bzw. deren Projektionen in Querrichtung 7 einen Winkel von etwa 170° miteinander einschließen. Der Winkel, den der erste Rippenabschnitt 16 mit der Längsrichtung 6 einschließt, liegt bei etwa 20°, wohingegen der spitze Winkel zwischen zweitem Rippenabschnitt 17 und dem Übergangsabschnitt 9a des Längsträger-Obergurts 3 etwa 60° beträgt. Der Knick 15 teilt die Rippe 11 dabei im mittleren Drittel der Rippe 11, im vorliegenden Fall zu etwa gleich großen Teilen und ist mit einer Verrundung versehen, um einen günstigeren Spannungsverlauf zu erreichen. Alternativ kann in weiteren alternativen Ausführungsvarianten vorgesehen sein, dass die Projektion der Rippe 11 in Querrichtung 7 eine Gerade ist, um die Fertigung und Montage der Rippe 11 weiter zu vereinfachen.
In Figur 5 ist eine dreidimensionale Darstellung einer Rippe 11 ohne Fahrwerksrahmen abgebildet. Dabei ist besonders deutlich zu erkennen, dass der Umriss der Rippe 11 einerseits in Längsrichtung 6 durch die die Verbindungsstellen 12, 13 ausbildenden Stirnkanten und andererseits in Querrichtung 7 durch eine erste Längskante 18, welche im Einbauzustand am Steg 5 anliegt, sowie auf der der ersten Längskante 18 gegenüberliegenden Seite durch eine zweite Längskante 19 ausgebildet ist. Die erste Längskante 18 setzt sich aus zwei geraden Abschnitten im Bereich der beiden Rippenabschnitte 16,17 und einem gekrümmten Abschnitt im Bereich des Knicks 15 zusammen, wobei die erste Längskante 18 in einer Projektion in Höhenrichtung parallel zur Längsrichtung 6 ausgerichtet ist und damit entlang der gesamten ersten Längskante 18 am Steg 5 anliegt. Die Rippe 11 ist dabei mit dem Steg 5 über zwei Verbindungsschweißnähte entlang der gesamten Länge der ersten Längskante 18 verbunden, welche Verbindungsschweißnähte auf der Ober- bzw. Unterseite der Rippe 11 verlaufen.
Die zweite Längskante setzt sich in diesem Ausführungsbeispiel aus zwei geraden Abschnitten im Bereich der Verbindungsstellen 12,13 und einem gekrümmten, ellipsenförmigen Abschnitt, welcher die Einschnürung 20 ausbildet, zusammen. Die Einschnürung 20 ist dabei so gestaltet, dass das Minimum der Breite der Rippe 11 in Breitenrichtung 7 im Bereich des Knicks 15 liegt und die Einschnürung etwa 45% der theoretischen Fläche der Rippe 11 zwischen der ersten Längskante 18 und den geraden Abschnitten der zweiten Längskante 19 einnimmt. Es versteht sich von selbst, dass diese Gestaltung der Rippe auch in einer Aufsicht der Rippe 11 zu erkennen wäre, also mit anderen Worten wenn der Umriss der Rippe 11 in Höhenrichtung auf eine durch Längsrichtung 6 und Querrichtung 7 aufgespannte Fläche projiziert werden würde. In einer weiteren alternativen Ausführungsvariante ist es auch denkbar, dass die zweite Längskante 19 in einer Aufsicht als Gerade ausgebildet ist.

Bezugszeichenliste:

1: Längsträger
2: Querträger
3: Längsträger-Obergurt
4: Längsträger-Untergurt
5: Steg
6: Längsrichtung
7: Querrichtung
8: Zentralabschnitt
8a: Zentralabschnitt des Längsträger-Obergurts 3
8b: Zentralabschnitt des Längsträger-Untergurts 4
9: Übergangsabschnitt
9a: Übergangsabschnitt des Längsträger-Obergurts 3
9b: Übergangsabschnitt des Längsträger-Untergurts 4
10: Radsatzführungsbuchse
11: Rippe
12: erste Verbindungsstelle
13: zweite Verbindungsstelle
14: Übergangsradius
15: Knick
16: erster Rippenabschnitt
17: zweiter Rippenabschnitt
18: erste Längskante
19: zweite Längskante
20: Einschnürung
21: Querträger-Obergurt
22: Querträger-Untergurt
23: Endabschnitt
24: Öffnung

Claims

Fahrwerksrahmen für ein Schienenfahrzeug mit
- zwei Längsträgern (1) welche sich parallel zu einer Längsrichtung (6) erstrecken und als I-Träger ausgebildet sind, wobei der Längsträger (1) einen Längsträger-Obergurt (3), einen Längsträger-Untergurt (4) sowie einen Steg (5) umfasst,

- einem kastenförmigen Querträger (2) welcher sich normal zur Längsrichtung (6) parallel zu einer Querrichtung (7) erstreckt und die beiden Längsträger (1) miteinander verbindet,
wobei der Längsträger (1) einen Zentralabschnitt (8) aufweist in welchem Längsträger-Obergurt (3) und Längsträger-Untergurt (4) parallel zueinander angeordnet sind und in welchem der Längsträger (1) mit dem Querträger (2) verbunden ist,
wobei jeder Längsträger (1) zumindest eine Radsatzführungsbuchse (10) zur Verbindung mit einer Radsatzführung ausbildet,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf beiden Seiten des Stegs (5) zumindest eine versteifende Rippe (11) im Längsträger (1) angeordnet ist, welche sich auf beiden Seiten des Stegs (5) vom Steg (5) in Querrichtung (7) nach außen erstreckt und derart gestaltet ist, dass der Kraftfluss von der Radsatzführungsbuchse (10) in den Querträger (2) geleitet wird, wobei eine erste Verbindungsstelle (12), an welcher die Rippe (11) mit der Radsatzführungsbuchse (10) verbunden ist, auf der dem Querträger (2) zugewandten Seite der Radsatzführungsbuchse (10) angeordnet ist.
Fahrwerksrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (5) als Symmetrieebene zwischen je zwei versteifenden Rippen (11) dient.
Fahrwerksrahmen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verbindungsstelle (12) in dem Bereich der Radsatzführungsbuchse (10) angeordnet ist, welcher in Längsrichtung (6) gesehen den geringsten Abstand zum Querträger (2) aufweist.
Fahrwerksrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsträger (1) zumindest einen an den Zentralabschnitt (8) anschließenden Übergangsabschnitt (9) aufweist, in welchem Längsträger-Obergurt (3) und Längsträger-Untergurt (4) einen spitzen Winkel miteinander einschließen, und dass die Radsatzführungsbuchse (10) im Übergangsabschnitt (9), im Bereich des Längsträger-Untergurts (4), angeordnet ist.
Fahrwerksrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Verbindungsstelle (13), an welcher die Rippe (11) mit dem Längsträger (1) verbunden ist und über welche der Kraftfluss in den Querträger (2) geleitet wird, am Längsträger-Obergurt (3) angeordnet ist.
Fahrwerksrahmen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verbindungsstelle (13) im Zentralabschnitt (8a) des Längsträger-Obergurts (3) angeordnet ist.
Fahrwerksrahmen nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verbindungsstelle (13) am Übergang zwischen Zentralabschnitt (8a) und Übergangsabschnitt (9a) des Längsträger-Obergurts (3), vorzugsweise innerhalb eines Übergangsradius (14), angeordnet ist.
Fahrwerksrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verbindungsstelle (13) am Längsträger-Untergurt (4) im Zentralabschnitt (8b) des Längsträger-Untergurts (4) angeordnet ist.
Fahrwerksrahmen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verbindungsstelle (13) im Bereich des Querträgers (2) am Längsträger-Untergurt (4) angeordnet ist.
Fahrwerksrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektion der Rippe (11) in Querrichtung (7) eine Gerade ist.
Fahrwerksrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektion der Rippe (11) in Querrichtung (7) einen Knick (15) aufweist, welcher die Rippe (11) in einen ersten Rippenabschnitt (16) und einen zweiten Rippenabschnitt (17) unterteilt.
Fahrwerksrahmen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Knick (15) die Rippe (11) in einem Verhältnis von zwischen 1:1 und 1:2 teilt.
Fahrwerksrahmen nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenabschnitte (16,17) einen stumpfen Winkel, vorzugsweise zwischen 175° und 120°, bevorzugt zwischen 175° und 150°, einschließen.
Fahrwerksrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippe (11) eine dem Steg (5) zugewandte erste Längskante (18) und eine vom Steg (5) abgewandte zweite Längskante (19) aufweist, wobei die Rippe (11) an der ersten Längskante (18) zumindest abschnittsweise mit dem Steg (5) verbunden ist.
Fahrwerksrahmen nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektion der zweiten Längskante (19) in einer Richtung normal zu einer durch Längsrichtung (6) und Querrichtung (7) aufgespannten Ebene eine Gerade ist.
Fahrwerksrahmen nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektion der zweiten Längskante (19) in einer Richtung normal zu einer durch Längsrichtung (6) und Querrichtung (7) aufgespannten Ebene zumindest abschnittsweise gekrümmt ist und vorzugsweise die Form einer Ellipse ausbildet.
Fahrwerksrahmen nach Anspruch 14 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippe (11) im Bereich der zweiten Längskante (19) eine Einschnürung (20) aufweist.