JP4205433B2 - 自己操舵式の３軸のボギー台車 - Google Patents

Description

本発明は、ホイールセットと、これに付設されたホイールセット軸受けケースとを有する鉄道車両のための自己操舵式の３軸のボギー台車であって、外側ホイールセットが、逆行式に連結され、かつ長手方向に可動であり、中央ホイールセットが、横断方向に可動であり、これらホイールセットを互いに連結することによって制御システムが構成されており、一方のシャシの側に位置するホイールセット軸受けケース及び／又は他方のシャシの側に位置するホイールセット軸受けケースが、同じシャシの側に位置するホイールセット軸受けケースのみと連結されているボギー台車に関する。

本発明は、特に、鉄道車両、特に機関車においての使用に適する。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではない。

鉄道車両のための自己操舵式の３軸のボギー台車は、例えば特許文献１から公知である。このボギー台車においては、中央ホイールセットが制御システムに関与しているのではなく、走行方向に先駆ける外側ホイールセットと、走行方向に追従する外側ホイールセットだけが、相応のプルロッドを介して操舵されることが欠点である。これによれば、比較的狭い曲率半径に対するシャシの適合能力は、著しく限定されており、従って、狭いカーブでは、ホイールガイド力を不都合に高くする。

この欠点を是正するため、中央ホイールセットを制御システムに関与させることも提案されている。特許文献２は、例えば、両方のシャシの側のホイール軸受けケースを連結するいわゆる操舵桿を有する相応の自己操舵式の３軸のボギー台車を開示する。この場合、一連の操舵桿を介する両方のシャシの側の間の横断方向の結合には、構造空間が、場合によってはシャシの内部にも、要求されるのが不利である。

特許文献３からは、この種の３軸のボギー台車が公知である。これにおいては、外側ホイールセットが、逆行式に連結され、かつ車両の長手方向に可動に配設されている。中央ホイールセットは、横断方向に、即ち長手方向に対して横断するように、可動であり、かつ制御システムに関与している。この場合、言及した可動性は、それぞれ従来のバネ要素によって保証されており、これらのバネ要素を介して、ホイールセットは、走行機構のフレームに固定されている。このボギー台車は、ホイールセット軸受けケースが僅かにそれぞれのシャシの側で互いに連結されており、−それぞれのホイールセットを介する（内部の）結合から見て−この明細書の意味では、いかなる（外部の）連結も、もはや両方のシャシの側のホイールセット軸受けケースの間には意図されていないことによって、今挙げた欠点に対処する。この場合、隣接するホイールセット軸受けケースの間の連結は、１つの回転レバーを介して行なわれる。この機構は、確かに、著しく構造空間を節約するが、しかしながら、この機構は、以下の欠点を備える。確かに、制御部に中央ホイールセットを関与させることによって、ほぼ任意の線路の曲率に対する適合を得ることができるが、しかしながらそれにもかかわらず、線路の曲率に応じて、多少大きなアタックアングルが、それぞれの外側ホイールセットのホイールフランジと外側のレールとの間に生じ、このアタックアングルは、摩耗を増大させ、従って、ホイールセットの耐用年数に対して不利に作用する。

特許文献４には、この種の別の鉄道車両のための３軸ボギー台車が記載されており、このボギー台車においては、中央ホイールセットのホイールセット軸受けケースに、連接棒及びアングルレバーが作用する。互いに上下のホイールセット軸受けケースの連結は、回転レバー及びプルロッドを介して行なわれ、その際、回転レバーは、バッファを介してある程度の遊びを有する中央ホイールセットのホイールセット軸受けケースに当接する。この場合、中央ホイールセットは、特別な連接棒を介して長手方向又は走行方向に対して横断するように案内されている。この場合、少なくとも２つの異なった当接点が、ホイールセット軸受けにおいて必要であり、従って、この解決策は、その実現において比較的費用がかかることが欠点である。
独国特許第３８ ２４ ７０９号明細書 独国特許出願公開第４４ １５ ２９４号明細書 独国特許第４１ ４２ ２５５号明細書 米国特許第４，６７９，５０７号明細書

従って、本発明の基本にある課題は、説明した従来技術の欠点を、全く又は少なくともより僅かな程度にしか備えず、特に簡単な構造で、アタックアングルの良好な縮小を保証するこの種のボギー台車を提供することである。

この課題は、請求項１の上位概念による自己操舵式の３軸のボギー台車から出発して、請求項１を特徴付ける部分に記載された特徴によって解決される。

本発明の基本にある技術的な教訓は、中央ホイールセットのホイールセット軸受けケースに隣接するホイールセット軸受けケースが、プルロッド−回転レバー機構を介して、中央ホイールセットの付属のホイールセット軸受けケースと回転運動可能に結合された第１の回転レバーと連結されている場合に、アタックアングルの良好な縮小を保証する簡単に構成されたこの種のボギー台車が教授されることである。

プルロッドと回転レバーとから成るこの組み合わせによって、本発明による配設は、特許文献３から公知の解決策と比べて、一方では、付加的な自由度を、軌道平面に対して平行な平面内で受ける。公知の配設においては、レールに対するそれぞれの外側ホイールセットの角度位置、即ちアタックアングルが、アングルレバーによって、線路の曲率が一定の場合に予め設定され、かつ不変であるのに対し、本発明による解決策におけるそれぞれの外側ホイールセットは、この付加的な自由度のおかげで、外側レールにおいて支配的である衝撃力によって、本質的に半径方向に順応し得る。これにより、アタックアングルは、著しく縮小する。通常、縮小は、本質的にゼロが可能であり、これにより、有利な方法で、ホイールセットの摩耗が、明らかに低下する。

中央ホイールセットの付属のホイールセット軸受けケースと回転運動可能に結合されている第１の回転レバーを有する本発明による機構は、付加的に更に、場所を節約する非常に簡単な配設であり、この配設が、付加的に更に、案内の、特に中央ホイールセットの横断方向の案内の機能を満足するという利点を必然的に伴う。従って、この案内のために、有利な方法で、いかなる付加的な機能構造部分−例えば、特許文献４から公知であるような相応の連接棒−も必要ない。

プルロッド−回転レバー機構は、特に、１０°よりも小さいアタックアングルが、線路のカーブに関して、それぞれの外側ホイールセットの外側のホイールと線路のカーブの外側レールとの間に生じるように、形成及び配設されている。これは、プルロッド及び回転レバーの長さ並びに枢着点及び回転点の配設の相応の選択によって得ることができる。特に、アタックアングルは、５°より小さい。更には特に、カーブ内に生じるアタックアングルは、本質的に０°であり、従って、外側ホイールにおけるホイールフランジの摩耗は、最小へと縮小されている。

ホイールセット軸受けケースの連結は、片側でも、両側でも、即ち一方のシャシの側でも、両方のシャシの側でも、行なうことができる。本発明によるボギー台車の有利な変形例においては、一方のシャシの側のホイールセット軸受けケースの連結も、また他方のシャシの側のホイールセット軸受けケースにおける連結も、鉄道車両の長手方向軸に対して対称に実現されている。これにより、特に良好な操舵特性は、それぞれのホイールセットのホイールを一様な摩耗に導く走行する線路のカーブの整向に依存せずに得られる。

本発明によるボギー台車の優れた変形例においては、−少なくとも軌道が真直ぐである場合の中立位置において−長手方向に対して傾斜して配設された第１のプルロッドが、第１の回転レバーにおける第１のジョイントと、第１の外側ホイールセットのホイールセット軸受けケースにおける第２のジョイントとの間に設けられている。第１のプルロッドの傾斜位置は、有利な方法で、これにより得られる線路の弧の内側へと整向された運動成分によって、線路の弧に関して半径方向の外側ホイールセットの整向を、これによりアタックアングルの低減を、促進する。

アタックアングルの縮小に関して特に有利な操舵特性は、両方のシャシの側に、相応に傾斜して配置された第１のプルロッドが設けられている状況において得られる。

第１の回転レバーは、基本的に任意に形成され得る。特に、この回転レバーは、第１及び第２のアームとフレーム固定の回転軸とを有するアングルレバーとして形成されている。何故なら、これにより、特に簡単に構成された機構が得られるからである。

この場合、第１のアームは、中央ホイールセットの横断方向の運動に依存して、１つは線路の曲率の広いスパンに対する最適な適合を可能にする相応に大きな調整運動を得るために、中立位置において、特に横断方向に、更には特に垂直に、車両の長手方向軸に対して整向されている。

第１の回転レバーは、その第２のアームに配設された第３のジョイントを介して、中央ホイールセットの付属のホイールセット軸受けの任意の点に結合され得る。特に、第１の回転レバーは、その第２のアームに配設された第３のジョイントを介して、中央ホイールセットのホイールセット軸受けのこの第３のジョイントに面する端面と結合されている。何故なら、これによれば、特に簡単に製造すべき、また期待すべき配設が生じるからである。

特に有利な運動の伝達は、その他の点では、中央ホイールセットのホイールセット軸受けにおける第１の回転レバーの回転点と第１の回転レバーの枢着点とが、中立位置において車両の長手方向に対して本質的に平行な１つの線上に位置する場合に得られる。加えて、アングルレバーとして形成された第１の回転レバーの第２のアームは、例えば、中立位置において、本質的に車両の長手方向に整向され得る。

本発明によるボギー台車の特に簡単に構成されているがために優れた変形例においては、第２の外側ホイールセットのホイールセット軸受けケースに、フレーム固定の回転軸を有する第２の回転レバーが付設されている。この場合、第２の外側ホイールセットのホイールセット軸受けケースと結合された第２のプルロッドは、第２の回転レバーの第４のジョイントに作用する。中立位置において車両の長手方向に関して回転軸の向こう側に配設された第２の回転レバーの第５のジョイントは、第１の回転レバーにおける第１のジョイントと結合された第３のプルロッドと結合されている。第２の回転レバーを有するこの機構によって、簡単な方法で、第１及び第２の外側ホイールセットの逆行式の連結が実現されている。

この場合、第２の回転レバーは、任意に形成され得る。特に、この回転レバーは、簡単な真直ぐなレバーとして形成されている。

第４のジョイントと第５のジョイントとの間の第２の回転レバーの回転軸の位置は、中央ホイールセットのホイールセット軸受けケースもしくは第１の回転レバーと第２の外側ホイールセットのホイールセット軸受けケースとの間の所望のもしくは必要な運動の伝達に応じて選択され得る。優れた変形例においては、第２の回転レバーが、中心の回転軸を備える。

第３のプルロッドは、任意の方法で、第１の回転レバーに枢着され得る。特に、第３のプルロッドは、特に有利な運動の伝達を得るために、第１の回転レバーにおける第１のジョイントの領域と結合される。特に、第３のプルロッドは、特に簡単な形成を得るために、第１の回転レバーにおける第１のジョイントと結合される。何故なら、その際、そこにはただ１つのジョイントしか、第１及び第３のプルロッドを枢着するために必要でないからである。

本発明の更なる利点は、シャシの内部には、いかなる付加的な構造空間も要求されず、同時に、中央ホイールセットも、制御システムに関与しており、従って、３つ全てのホイールセットが、カーブの走行における制御のために引き合いに出される点にある。更に、ホイールセット軸受けケースに存在する接続点だけが利用され、比較的僅かにしか部分を必要としていないことが有利である。

制御システムにおける中央ホイールセットの能動的な寄与によって、制御運動に相応する水平のホイールセットバネのバネ偏向力が容易に克服され、特に、半径方向の調整のために大きな水平のホイールセットバネの偏向が必要となる小さい弧の半径の場合に、弧の中心へのホイールセット軸の整向が改善される。

本発明の有効な形態及び発展構成は、従属請求項もしくは添付の図面に関連する優れた実施例の後続の説明から分かる。

図１は、本発明による鉄道車両のための３軸のボギー台車の走行機構１を示す。この走行機構は、図１には図示されてないサイドメンバ及びクロスメンバから成るボギー台車フレームを備える。

サイドメンバには、３つのホイールセット８，９，１０のホイールセット軸受けケース２〜７が、しかも、以下では第１の外側ホイールセットと呼ばれる第１のホイールセット８のためのホイールセット軸受けケース２，３、以下では中央ホイールセットと呼ばれる第２のホイールセット９のためのホイールセット軸受けケース４，５、そして以下では第２の外側ホイールセットと呼ばれる第３のホイールセット１０のためのホイールセット軸受けケース６，７が、図示されてないバネ要素を介して固定されている。ホイールセット８，９，１０は、走行ホイール１１を有する。ホイールセット８，９，１０は、図示されてない駆動モータ、例えばアクスルサスペンションモータ又は台車モータ（Ｇｅｓｔｅｌｌｍｏｔｏｒｅｎ）、によって駆動され得る。

両方の外側ホイールセット８，１０のホイールセット軸受けケース２，３，６，７は、特に、走行方向に、もしくは鉄道車両の走行方向とは反対に可動であり、これは、方向矢印ｘ１，ｘ２によって示されている。中央ホイールセット９のホイールセット軸受けケース４，５は、特に、鉄道車両の走行方向に対して垂直に可動であり、これは、方向矢印ｙ１，ｙ２によって示されている。

ホイールセット軸受けケース２，３，４，５，６，７は、それぞれ同じシャシの側でだけ、プルロッド−回転レバー機構を介して連結されている。

図１に図示された中立位置において車両の長手方向に対して傾斜して配設された第１のプルロッド１２は、アングルレバー１４の形の第１の回転レバーの第１のジョイント１３と第１の外側ホイールセット８のホイールセット軸受けケース３における第２のジョイント１５との間に配設されている。

アングルレバー１４は、第１のアーム１４．１と第２のアーム１４．２とを備え、これらのアームは、示された例では、ほぼ同じ長さを備え、しかしながらまた、他の変形例においては、所望の運動の伝達に応じて、異なった長さを備えることもできる。

第１のアーム１４．１は、図示された中立位置にあっては、本質的に車両の長手方向に対して垂直に整向されているのに対し、第２のアーム１４．２は、この位置にあっては、本質的に車両の長手方向に対して平行に整向されている。

アングルレバー１４は、フレーム固定の回転軸１６を有し、その第２のアーム１４．２の端部における第３のジョイント１７を介して、中央ホイールセット９のホイールセット軸受け５のこの第３のジョイントに面した端面と結合されている。

第２の外側ホイールセット１０のホイールセット軸受けケース７には、フレーム固定の中心の回転軸１９を有する第２の回転レバー１８が付設されており、その際、第２の外側ホイールセット１０のホイールセット軸受けケース７と結合された第２のプルロッド２０は、この第２の回転レバー１８の第４のジョイント２１に作用し、この第２の回転レバー１８の第５のジョイント２２は、他方で既に言及したアングルレバー１４の第１のジョイント１３と結合された第３のプルロッド２３と結合されている。

示された実施例にあっては、一方のシャシの側のホイールセット軸受けケース３，５，７の連結も、他方のシャシの側のホイールセット軸受けケース２，４，６における連結も、鉄道車両の長手方向軸に対して対称に実現されている。

傾斜して配設された第１のプルロッド２４は、アングルレバー２６の形の第１の回転レバーの第１のジョイント２５とホイールセット軸受けケース２の第２のジョイント２７との間に配設されている。

アングルレバー２６は、フレーム固定の回転軸２８を有し、その第２のアームの第３のジョイント２９を介して中央ホイールセット９のホイールセット軸受け４の端面と結合されている。

第２の外側ホイールセット１０のホイールセット軸受けケース６には、フレーム固定の中心の回転軸３１を有する第２の回転レバー３０が付設されており、その際、ホイールセット軸受けケース６と結合された第２のプルロッド３２は、この第２の回転レバー３０の第４のジョイント３３に作用し、この第２の回転レバー３０の第５のジョイント３４は、他方で既に言及したアングルレバー２６の第１のジョイント２５と結合された第３のプルロッド３５と結合されている。

以下では、自己操舵式の３軸のボギー台車１の機能方法を説明する。

第１のプルロッド１２及びアングルレバー１４を介する中央ホイールセット９のホイールセット軸受けケース５との第１の外側ホイールセット８のホイールセット軸受けケース３の連結と、第２のプルロッド２０、第２の回転レバー１８、第３のプルロッド２３、及びアングルレバー１４を介する中央ホイールセット９のホイールセット軸受けケース５との第２の外側ホイールセット１０のホイールセット軸受けケース７の連結と、向かい合って位置するシャシの側での対称な配設とによって、鉄道車両の走行方向にもしくはこれとは反対に（ｘ１，ｘ２）可動の外側のホイールセット８，１０のホイールセット軸受けケース２，３，６，７と、鉄道車両の走行方向に対して垂直に（ｙ１，ｙ２）可動の中央ホイールセット９のホイールセット軸受けケース４，５とに関連して、車両のカーブの走行における外側ホイールセット８，１０の逆行式の連結が得られる。

この場合、第１及び第２の外側ホイールセット８及び１０の逆行式の連結は、簡単な方法で、第４のジョイント２１，３３と中立位置において車両の長手方向に関して回転軸１９，３１の向こう側に配設された第５のジョイント２２，３４とを有する第２の回転レバー１８，３０の形成によって得られる。

例えば、第１の外側ホイールセット８のホイールセット軸受けケース２が、方向ｘ２に運動する場合は、必然的に、第２の外側ホイールセット１０のホイールセット軸受けケース６は方向ｘ１に、中央ホイールセット９のホイールセット軸受けケース４は方向ｙ１に、運動しなければならない。同時に、第１の外側ホイールセット８のホイールセット軸受けケース３は方向ｘ２に、第２の外側ホイールセット１０のホイールセット軸受けケース７は方向ｘ２に、そして中央ホイールセット９のホイールセット軸受けケース５は方向ｙ１に、運動する。

この場合、第１のプルロッド１２もしくは２４の傾斜位置は、これにより得られる線路のカーブの内側へと整向された運動成分によって、線路の弧に関して半径方向の第１の外側ホイールセット８の整向を、これにより外側ホイールセット８の外側ホイールと線路のカーブの外側レールとの間のアタックアングルの縮小を促進する。

配設の成分、特に回転レバー１４，１８並びに２６，３０、プルロッド１２，２０，２３並びに２４，３２，３５、及びそのジョイント並びに回転軸は、線路の曲率半径の広いスパンを介して、第１の外側ホイールセット８及び第２の外側ホイールセット１０が、少なくとも十分に、曲げられた線路に対して半径方向に順応するように、配設及び形成されている。換言すれば、５°よりも小さい外側ホイールセット８，１０の外側ホイールと線路のカーブの外側レールとの間のアタックアングルが得られる。曲率半径の広い範囲にわたって、このアタックアングルは、本質的に０°に等しい。

本発明による自己操舵式の３軸のボギー台車の優れた実施例の走行機構の概略図を示す。

符号の説明

１ 走行機構
２〜７ ホイールセット軸受けケース
８ 第１のホイールセット（第１の外側ホイールセット）
９ 第２のホイールセット（中央ホイールセット）
１０ 第３のホイールセット（第２の外側ホイールセット）
１１ 走行ホイール
１２ 第１のプルロッド
１３ 第１のジョイント
１４ アングルレバー
１４．１ 第１のアーム
１４．２ 第２のアーム
１５ 第２のジョイント
１６ 回転軸
１７ 第３のジョイント
１８ 第２の回転レバー
１９ 回転軸
２０ 第２のプルロッド
２１ 第４のジョイント
２２ 第５のジョイント
２３ 第３のプルロッド
２４ 第１のプルロッド
２５ 第１のジョイント
２６ アングルレバー
２７ 第２のジョイント
２８ 回転軸
２９ 第３のジョイント
３０ 第２の回転レバー
３１ 回転軸
３２ 第２のプルロッド
３３ 第４のジョイント
３４ 第５のジョイント
３５ 第３のプルロッド

Claims (9)

1. ホイールセット（８，９，１０）と、これに付設されたホイールセット軸受けケース（２，３，４，５，６，７）とを有する鉄道車両のための自己操舵式の３軸のボギー台車であって、外側ホイールセット（８，１０）が、逆行式に連結され、かつ長手方向に可動であり、中央ホイールセット（９）が、横断方向に可動であり、これらホイールセット（８，９，１０）を互いに連結することによって制御システムが構成されており、一方のシャシの側に位置するホイールセット軸受けケース（２，４，６）及び／又は他方のシャシの側に位置するホイールセット軸受けケース（３，５，７）が、同じシャシの側に位置するホイールセット軸受けケース（２，３，４，５，６，７）のみと連結されているボギー台車において、
   中央ホイールセット（９）のホイールセット軸受けケース（４もしくは５）に隣接するホイールセット軸受けケース（２，６もしくは３，７）が、プルロッド−回転レバー機構を介して、中央ホイールセット（９）の付属のホイールセット軸受けケース（４もしくは５）と回転運動可能に結合された第１の回転レバー（１４もしくは２６）と連結されていることを特徴とするボギー台車。
2. プルロッド−回転レバー機構が、１０°よりも小さいアタックアングルがそれぞれの外側ホイールセットの外側のホイールと外側レールとの間に生じるように、形成及び配設されていることを特徴とする請求項１に記載のボギー台車。
3. 一方のシャシの側のホイールセット軸受けケース（２，４，６）の連結も、また他方のシャシの側のホイールセット軸受けケース（３，５，７）における連結も、鉄道車両の長手方向軸に対して対称に実現されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のボギー台車。
4. 長手方向に対して傾斜して配設された第１のプルロッド（１２，２４）が、第１の回転レバー（１４，２６）における第１のジョイント（１３，２５）と、第１の外側ホイールセット（８）のホイールセット軸受けケース（３，２）における第２のジョイント（１５，２７）との間に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のボギー台車。
5. 第１の回転レバーが、第１及び第２のアームとフレーム固定の回転軸（１６，２８）とを有するアングルレバー（１４，２６）として形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のボギー台車。
6. 第１の回転レバーが、その第２のアームに配設された第３のジョイント（１７，２９）を介して、中央ホイールセット（９）のホイールセット軸受け（５，４）の端面と結合されていることを特徴とする請求項５に記載のボギー台車。
7. 第２の外側ホイールセット（１０）のホイールセット軸受けケース（７，６）に、フレーム固定の回転軸（１９，３１）を有する第２の回転レバー（１８，３０）が付設されており、第２の外側ホイールセット（１０）のホイールセット軸受けケース（７，６）と結合された第２のプルロッド（２０，３２）が、第２の回転レバー（１８，３０）の第４のジョイント（２１，３３）に作用し、回転軸（１９，３１）の向こう側に配設された第２の回転レバー（１８，３０）の第５のジョイント（２２，３４）が、第１の回転レバー（１４，２６）における第１のジョイント（１３，２５）と結合された第３のプルロッド（２３，３５）と結合されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のボギー台車。
8. 第２の回転レバー（１８，３０）が、中心の回転軸（１９，３１）を備えることを特徴とする請求項７に記載のボギー台車。
9. 第３のプルロッド（２３，３５）が、第１の回転レバー（１４，２６）における第１のジョイント（１３，２５）と結合されていることを特徴とする請求項７又は８に記載のボギー台車。

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