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Die
Erfindung betrifft ein Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug, welches
einen Fahrwerkrahmen mit zwei Längsträgern und
zumindest einem damit verbundenen Querträger aufweist. Das Fahrwerk weist
zumindest zwei in Radsatzlagern gelagerte Radsätze mit je einer Radsatzwelle
und zwei Rädern auf,
wobei die Radsatzlager mit dem Fahrwerk verbunden sind. Im Fahrwerkrahmen
sind paarweise Antriebe zum Antreiben je einer Radsatzwelle aufgenommen.
Jeweils zwei Antriebe sind über
je ein Pendel mit einem dazwischen liegenden Querträger verbunden.
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Das
Fahrwerk ist vorzugsweise ein Drehgestell, insbesondere ein Triebdrehgestell.
Das Schienenfahrzeug kann beispielsweise eine Lokomotive, eine S-Bahn,
eine U-Bahn oder eine Straßenbahn sein.
Im Fahrwerk können
mehrere Antriebe aufgenommen sein. Insbesondere werden Fahrwerke
mit einer geraden Anzahl von Antrieben, wie z.B. zwei oder vier,
betrachtet. Typischerweise weisen die Fahrwerke zwei Antriebe auf,
welche jeweils eine Radsatzwelle antreiben. Neben den angetriebenen Radsätzen können auch
antriebslose Radsätze
im Fahrwerk angeordnet sein. Die Radsätze können Starrradsätze oder
Losradsätze
sein. Ein Antrieb weist typischerweise einen Fahrmotor und ein damit verbundenes
Getriebe auf.
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Aus
der internationalen Veröffentlichung
WO 01/079049 A1 ist
ein derartiges Fahrwerk für
ein Schienenfahrzeug beschrieben. In einer Ausführungsform sind im Bereich
des Querträgers
Antriebe in koaxialer Bauweise angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform
erfolgt die Übertragung
von Zug- und Druckkräften
zum Schienenfahrzeugoberbau über
eine mit dem Antrieb verbundene Zug-/Druckstange in Form einer Tiefzuganlenkung.
Der Antrieb weist eine nicht koaxiale Bauweise auf. In einer weiteren
Ausführungsform
sind die Antriebe über
Stangen oder Stäbe
miteinander verbunden. Jeweils je zwei parallel übereinander angeordnete Stangen
verbinden zwei Antriebe mitein ander. Bei dieser Ausführungsform
weisen die Antriebe eine koaxiale Bauweise auf. In einer weiteren
Ausführungsform
sind der Querträger
und die Längsträger über Gelenke
miteinander beweglich verbunden. Die Gelenke können als Pendel ausgeführt sein.
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Aus
dem Stand der Technik sind weiterhin Fahrwerke mit Tatzlagerantrieben
oder achsreitenden Antrieben allgemein bekannt. Tatzlagerantriebe weisen üblicherweise
bei einem gleichen Antriebsmoment am jeweiligen Radsatz höchstens
die gleiche Masse auf wie ein Antrieb in koaxialer Bauweise, dessen
Masse vollständig
als ungefederte Masse dem jeweiligen Radsatz zuzuordnen ist. Die
ungefederten Massen haben nachteilig einen maßgeblichen Einfluss auf die
dynamischen vertikalen Kräfte
zwischen Rad und Schiene. Sie beeinflussen daher maßgeblich
das Laufverhalten des Fahrwerkes.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug anzugeben,
welches einfacher im Aufbau ist und welches Antriebe mit einer reduzierten
ungefederten Masse aufweist.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird mit einem Fahrwerk mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis
27 genannt.
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Erfindungsgemäß weist
der Querträger
des Fahrwerks eine Pendelwaage mit einem Waagenbalken auf. Jeweils
ein Ende des Waagenbalkens ist mit einem der zwei Pendel gelenkig
verbunden.
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Es
werden in vorteilhafter Weise keine nennenswerten dynamische Antriebmassenkräfte und Drehmomente
in den Fahrwerksrahmen eingeleitet. Dadurch verbessert sich das
Laufverhalten des Fahrwerkes. Es verringert sich die Gesamtmasse
des Fahrwerkes. Weiterhin vereinfacht sich die Fahrwerkskonstruktion.
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Durch
die am Querträger
angeordnete Pendelwaage wird zum einen eine Entlastung der pendelnd
aufgehängten
Antriebe erreicht. Zum anderen werden Drehmomente der Antriebe,
die durch Nickbewegungen hervorgerufen werden, durch die Pendelwaage
ausgeglichen. Eine Übertragung
der Drehmomente in den Fahrwerkrahmen erfolgt nicht bzw. nur in
geringem Maße.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung weist die Pendelwaage eine Pendelachse auf, die parallel
zu den Drehachsen benachbarter Radsatzwellen ist. Dadurch sind rotierende
Ausgleichsbewegungen der Antriebe um ihre Drehachse, das heißt um die
Drehachse der Radsatzwelle, möglich.
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Im
Besonderen verläuft
die Pendelachse in einem gleichen Abstand zu den Drehachsen benachbarter
Radsatzwellen. Dadurch wird erreicht, dass je zwei über die
Pendelwaage und über
die Pendel gelenkig verbundene Antriebe betragsmäßig gleich ausgelenkt werden.
Die durch Nickbewegungen der Antriebe hervorgerufenen Drehmomente
werden in diesem Fall besonders gleichmäßig ausgeglichen.
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Die
jeweilige Pendelwaage kann in einem Lagerbock bzw. in einem Querträgerlager
drehbar gelagert sein. Das Querträgerlager kann beispielsweise
ein Scharnier- oder Kugelgelenk sein. Es können ein oder mehrere Querträgerlager
entlang einer Flucht am Querträger
angeordnet sein, wobei die Flucht mit der Drehachse der Pendelwaage übereinstimmt.
Ist nur ein Querträgerlager
vorhanden, so ist dieses vorzugsweise in der (geometrischen) Mitte
an einer Oberseite oder an einer Unterseite des Querträgers angebracht.
Das Querträgerlager
bzw. der Lagerbock kann beispielsweise am Querträger angeschweißt oder
angeschraubt sein.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
sind jeweils zwei Antriebe über
zumindest ein starres Verbindungselement, wie z.B. über eine
Stange oder über
einen Stab, miteinander gelenkig verbunden. Dadurch können über das
Fahrwerk wirkende Längskräfte, das
heißt
Zug- und Druckkräfte,
von dem einen Antrieb zu dem anderen Antrieb unter Umgehung des
Fahrwerkrahmens weitergeleitet werden. Dadurch vereinfacht sich
die konstruktive Auslegung des Fahrwerkrahmens. Je nach Fahrtrichtung
des Fahrwerkes bzw. des Schienenfahrzeuges sind die Zug- und Druckkräfte Beschleunigungskräfte oder Bremskräfte.
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In
einer Ausführungsform
sind je zwei Pendel in einer Ebene angeordnet. Zudem kann die mit
den Pendeln gelenkig verbundene Pendelwaage in derselben Ebene angeordnet
sein. Weiterhin kann das mit den zwei Pendeln gelenkig verbundene
starre Verbindungselement in derselben Ebene angeordnet sein. Vorzugsweise
liegen alle zuvor genannten Komponenten der Pendelwaage in einer
und derselben Ebene. Dadurch vereinfacht sich die Fahrwerkskonstruktion
erheblich.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die zuvor beschriebene Ebene eine Längsschnittebene durch die Fahrwerksmitte
des Fahrwerkes. Bei einer derartigen Anordnung der zuvor genannten
Komponenten vereinfacht sich die Fahrwerkskonstruktion nochmals.
Mit „Längsschnittebene" ist eine senkrecht zur
Schienenebene verlaufende Ebene bezeichnet. Sie ist daher zugleich
senkrecht zu einer durch die Drehachsen der Radsatzwellen verlaufenden
Ebene, wenn die Räder
des Fahrwerkes einen gleichen Raddurchmesser aufweisen. Die Fahrwerksmitte
ist typischerweise die Spiegelachse der Komponenten des Fahrwerkes.
Sie verläuft
senkrecht zur Schienenebene und bildet zugleich die Schnittgerade
der (konstruktiven) Längsschnittebene
mit der (konstruktiven) Querschnittsebene des Fahrwerkes.
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In
einer alternativen Ausführungsform
ist die Pendelwaage in einer Aussparung des Querträgers drehbar
angeordnet. Die Aussparung kann beispielsweise ein durchgehender
Hohlraum, ein Durchbruch oder eine Ausnehmung im Querträger sein.
In diesem Fall ist das Querträgerlager
bzw. der Lagerbock im Querträger
angeordnet, wie z.B. angeschweißt oder
angeschraubt.
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In
einer weiteren alternativen Ausführungsform
ist das starre Verbindungselement durch eine Aussparung im Querträger geführt. Die
Aussparung kann beispielsweise eine im Querträger durchgehende zylindrische Öffnung sein.
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Die
beiden zuvor genannten alternativen Ausführungsformen sind dann vorteilhaft,
wenn die Pendelwaage und/oder das starre Verbindungselement aus
konstruktiven Gründen
nicht oberhalb oder unterhalb des Querträgers angeordnet werden können.
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Einer
bevorzugten Ausführungsform
zufolge umschließen
je zwei Pendel sowie die mit den Pendeln gelenkig verbundene Pendelwaage
und das mit den Pendeln gelenkig verbundene starre Verbindungselement
den Querträger.
In diesem Fall sind keine aufwändigen
konstruktiven Eingriffe am Querträger erforderlich.
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Im
Besonderen ist das starre Verbindungselement nach einer weiteren
Ausführungsform
der Erfindung in einer durch die Drehachsen der Radsatzwellen verlaufenden
Ebene angeordnet. Dadurch ist eine drehmomentfreie Weiterleitung
von Längskräften, das
heißt
von Zug- und Druckkräften,
in die Radsatzwellen oder aus den Radsatzwellen möglich.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung sind die im Fahrwerkrahmen aufgenommenen Antriebe
Tatzlagerantriebe mit je einem Fahrmotor und einem Getriebe. Die
Fahrmotoren sind mit einem koaxial zur jeweiligen Radsatzwelle drehbar
gelagerten Tatzlagerrohr verbunden.
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Der
Fahrmotor sitzt sozusagen auf dem Radsatz bzw. auf der Radsatzwelle.
Zwischen der Radsatzwelle und dem Tatzlagerrohr sind Tatzlager angeordnet,
welche in gewissem Maße
auch eine axiale Relativbewegung von Tatzlagerrohr zur Radsatzwelle
zulassen können.
Mit „axial" sind Richtungen
parallel zur Drehachse der Radsatzwelle bezeichnet. Das Getriebe
weist miteinander kämmende
Zahnräder
auf. Üblicherweise
weist das Getrie be ein Großrad
und ein Kleinrad auf, welches durch den Fahrmotor angetrieben wird.
Das Großrad
ist drehfest mit der Radsatzwelle verbunden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
weist das Fahrwerk zumindest ein Zug-/Druckelement mit einem ersten
und einem zweiten Ende auf. Das erste Ende ist mit dem Fahrmotor
oder dem Tatzlagerrohr gelenkig verbunden. Das zweite Ende ist mit
einem Lok- oder
Wagenkasten des Schienenfahrzeuges gelenkig verbindbar.
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Dadurch
können
die Längskräfte unter
kraftmäßiger Umgehung
des Fahrwerkrahmens in den Lok- oder Wagenkasten eingeleitet werden.
Es vereinfacht sich die Fahrwerkskonstruktion in auslegungstechnischer
Hinsicht erheblich.
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In
einer dazu alternativen Ausführungsform weist
das Fahrwerk zumindest jeweils zwei Zug-/Druckelemente mit einem
ersten und einem zweiten Ende auf. Das erste Ende ist derart mit
dem Fahrmotor oder dem Tatzlagerrohr gelenkig verbunden, dass ein
vom Antrieb übertragenes
Drehmoment sowie eine über
den Antrieb wirkende Zug- oder Druckkraft zumindest nahezu vollständig über das zweite
Ende der Zug-/Druckelemente in den Lok- oder Wagenkasten einleitbar
sind. Die Zug- oder Druckkraft wird üblicherweise durch eine im
Radaufstandspunkt wirkende Antriebs- oder Bremskraft des Antriebes
hervorgerufen. Eine Bremskraft kann zusätzlich von einer Bremseinrichtung,
wie z.B. von einer mechanischen Scheibenbremse, von einer Magnetschiene
oder von einer Wirbelstrombremse hervorgerufen werden.
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Dadurch,
dass kein Drehmoment oder kein nennenswertes Drehmoment aus dem
Antrieb, wie z.B. beim Beschleunigen oder Bremsen, durch den Fahrwerkrahmen
aufgenommen werden muss, vereinfacht sich die Fahrwerkskonstruktion
nochmals.
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In
einer alternativen Ausführungsform
zu den Tatzlagerantrieben sind die im Fahrwerkrahmen aufgenommenen
Antriebe achsreitende Antriebe mit je einem Fahrmotor und einem
Getriebe, wobei die zwei Fahrmotoren gemeinsam an einem Querträger angebracht
sind.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist der Fahrmotor fest oder querelastisch mit dem Querträger verbunden.
Die Fahrmotoren können
beispielsweise mittels eines Gummielements am Querträger befestigt
sein. Durch die Anbindung an den Querträger zählt der Fahrmotor zu den sogenannten
gefederten Massen. Das Getriebe weist miteinander kämmende Zahnräder auf. Üblicherweise
weist das Getriebe ein Großrad
und ein Kleinrad oder alternativ ein Großrad, ein Zwischenrad und ein
Kleinrad auf. Das Großrad ist
drehfest mit der Radsatzwelle verbunden. Zur Drehmomentübertragung
können
das Kleinrad und eine Motorwelle des Fahrmotors über eine Zahnkupplung verbunden
sein. Die Zahnkupplung erlaubt sowohl axiale als auch radiale Relativbewegungen der
Motorwelle zu einer Getriebeeingangswelle des Kleinrades. Mit „radial" sind Richtungen
hin zur Drehachse der Motorwelle und weg von ihr bezeichnet. Durch
die Zahnkupplung erfolgt eine Entkopplung der gefederten Masse des
Fahrmotors von der ungefederten Masse des achsreitenden Getriebes.
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In
einer besonderen Ausführungsform
weisen die Getriebe eines Antriebspaares jeweils eine gerade und
eine ungerade Getriebestufenzahl mit einem gleichen Übersetzungsverhältnis auf.
Vorzugsweise sind das erste Getriebe ein einstufiges Getriebe und
das zweite Getriebe ein zweistufiges Getriebe. Das erste Getriebe
kann beispielsweise alternativ zweistufig und das zweite Getriebe
dreistufig ausgeführt
sein.
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Dadurch
kompensieren sich die am Querträger
wirkenden Reaktionsmomente der Fahrmotoren.
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Vorzugsweise
sind die Getriebe der achsreitenden Antriebe mit einem koaxial zur
Radsatzwelle drehbar gelagerten Tatzlagerrohr verbunden. Dadurch
ist eine axiale Relativbewegung von Tatzlagerrohr zur Radsatzwelle
in geringem Maße
möglich.
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Einer
weiteren Ausführungsform
zufolge weist das Fahrwerk zumindest ein Zug-/Druckelement mit einem
ersten und einem zweiten Ende auf. Das erste Ende ist mit dem Getriebe
oder dem Tatzlagerrohr gelenkig verbunden. Das zweite Ende ist mit
einem Lok- oder Wagenkasten des Schienenfahrzeuges gelenkig verbindbar.
Es können
nur ein außenliegender
Antrieb oder beide außenliegenden
Antriebe über
je ein Zug-/Druckelement gelenkig mit dem Lok- oder Wagenkasten
verbunden sein.
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Dadurch
können
die Längskräfte, das
heißt die
Zug- oder Bremskraft, unter Umgehung des Fahrwerkrahmens in den
Lok- oder Wagenkasten
eingeleitet werden. Durch die kraftmäßige Umgehung des Fahrwerkrahmens
vereinfacht sich die Fahrwerkskonstruktion in auslegungstechnischer
Hinsicht erheblich.
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In
einer zu der vorhergehenden Ausführungsform
alternativen Ausführungsform
weist das Fahrwerk zumindest jeweils zwei Zug-/Druckelemente mit
einem ersten und einem zweiten Ende auf. Das erste Ende ist derart
mit dem Getriebe oder dem Tatzlagerrohr gelenkig verbunden, dass
ein vom Antrieb übertragenes
Drehmoment sowie eine über
den Antrieb wirkende Antriebs- oder Bremskraft zumindest nahezu
vollständig über das
zweite Ende der Zug-/Druckelemente in den Lok- oder Wagenkasten einleitbar
sind. Es können
nur ein außenliegender Antrieb
oder beide außenliegenden
Antriebe über
je zwei Zug-/Druckelemente gelenkig mit dem Lok- oder Wagenkasten
verbunden sein.
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Dadurch,
dass keine oder keine nennenswerte Drehmomente aus dem Antrieb,
wie z.B. beim Beschleunigen oder Bremsen, durch den Fahrwerkrahmen
aufgenommen werden müssen,
vereinfacht sich die Fahrwerkskonstruktion nochmals.
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Einer
Ausführungsform
zufolge ist das Zug-/Druckelement in der Längsschnittebene des Fahrwerkes
angeordnet. Dadurch ist eine direkte Anbindung des Zug-/Druckelementes
an das vorzugsweise gleichfalls in der Längsschnittebene des Fahrwerkes
angeordnete starre Verbindungselement möglich.
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Nach
einer Ausführungsform
ist das Zug-/Druckelement in einer durch die Drehachsen der Radsatzwellen
verlaufenden Ebene angeordnet. Diese Anordnung ist vorteilhaft,
wenn im Wesentlichen nur eine Einleitung von Längskräften in den Lok- oder Wagenkasten
möglich
ist.
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Vorzugsweise
weisen die Zug-/Druckelemente eine Längsachse auf. Die Längsachsen
verlaufen parallel zueinander. Diese Anordnung ist vorteilhaft,
wenn neben der Einleitung von Längskräften auch
eine Einleitung von Drehmomenten der Antriebe des Fahrwerkes in
den Lok- oder Wagenkasten möglich
ist. Es können
nur ein außenliegender
Antrieb oder beide außenliegenden
Antriebe über
je zwei Zug-/Druckelemente gelenkig mit dem Lok- oder Wagenkasten
verbunden sein.
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Im
Besonderen sind die zwei Zug-/Druckelemente spiegelbildlich zu einer
durch die Drehachsen der Radsatzwellen verlaufenden Ebene angeordnet. In
diesem Fall verläuft
die Kraftresultierende zweier Zug-/Druckelemente bei einer Einleitung
der Längskräfte in den
Lok- oder Wagenkasten genau in dieser Ebene und vorzugsweise entlang
der Schnittlinie aus der Längsschnittebene
und der durch die Drehachsen der Radsatzwellen verlaufenden Ebene.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
sind die Zug-/Druckelemente starre Zug-/Druckstangen. Sie können an
dem jeweiligen Ende ein Scharnier- oder Kugelgelenk aufweisen. Sie
können
auch Ösen aufweisen,
welche mit jeweils korrespondierenden Lagerbolzen korrespondieren.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
sind die beiden Längsträger des
Fahrgestellrahmens beweglich mit dem zumindest einen Querträger verbunden,
wie z.B. über
Zylinderfedern oder Gummielemente. Dadurch wird der Laufkomfort
des Fahrwerkes erhöht.
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Vorzugsweise
sind in dem Fahrwerkrahmen zwei Antriebe aufgenommen. In diesem
Fall ist nur ein Querträger
mittig im Fahrwerkrahmen angeordnet.
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Die
Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der Erfindung werden
im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen
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1 beispielhaft
ein Fahrwerk mit zwei Antrieben nach dem Stand der Technik,
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2 beispielhaft
einen Radsatz mit einem Tatzlagerantrieb in einer Draufsicht nach
dem Stand der Technik,
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3 beispielhaft
einen Radsatz mit einem achsreitenden Antrieb in einer Draufsicht
nach dem Stand der Technik,
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4 beispielhaft
einen Längsschnitt
durch ein Fahrwerk mit zwei pendelnd mit einem Querträger verbundenen
Tatzlagerantrieben in einer Prinzipdarstellung nach dem Stand der
Technik,
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5 beispielhaft
einen Längsschnitt
durch ein Fahrwerk mit zwei an einer Pendelwaage eines Querträgers pendelnd
verbundenen Antrieben in einer Prinzipdarstellung gemäß der Erfindung,
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6 das
Fahrwerk gemäß 5 mit
zwei über
ein starres Verbindungselement miteinander gelenkig verbundenen
Antrieben gemäß der Erfindung,
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7 das
Fahrwerk gemäß 6 mit
beispielhaft einem Zug-/Druckelement zur Einleitung von Zug- und
Druckkräften
in einen Lok- oder Wagenkasten gemäß der Erfindung,
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8 das
Fahrwerk gemäß 6 mit
beispielhaft zwei Zug-/Druckelementen
zur Einleitung von Zug- und Druckkräften sowie Drehmomenten in den
Lok- oder Wagenkasten gemäß der Erfindung,
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9 beispielhaft
eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Fahrwerk gemäß einer
ersten konstruktiven Ausführungsform,
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10 das
Fahrwerk gemäß 9 in
einer Seitenansicht entlang einer eingezeichneten Schnittlinie X-X
und
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11 beispielhaft
eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Fahrwerk gemäß einer
zweiten konstruktiven Ausführungsform.
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1 zeigt
beispielhaft ein Fahrwerk 1 mit zwei Antrieben 9 nach
dem Stand der Technik.
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Das
gezeigte Fahrwerk 1 umfasst einen Fahrwerkrahmen 2,
bestehend aus zwei Längsträgern 3 und
einen damit verbundenen Querträger 4. Im
Beispiel der 1 weist das Fahrwerk 1 zwei Radsätze 7 mit
je einer Radsatzwelle 8 und zwei Rädern 5 auf. Die Radsätze 7 sind
in Radsatzlagern 6 gelagert, die im Beispiel der 1 mit
dem Querträger 4 verbunden
sind. Im Fahrwerkrahmen 2 ist ein Antriebspaar aufgenommen,
das heißt
es sind zwei Antriebe 9 mit je einem Fahrmotor 10 sowie
einem Getriebe 11 zum Antreiben je einer Radsatzwelle 8 aufgenommen
bzw. aufgehängt.
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Bei
den gezeigten Antrieben 9 handelt es sich um nicht koaxiale
Antriebe 9. In diesem Fall liegt die Drehachse des Fahrmotors 10 außerhalb
der Drehachse der Radsatzwelle 8. Koaxiale Antriebe 9 sind
z.B. Direktantriebe. Zur Einleitung von Längskräften, das heißt von Zug-
und Druckkräften,
insbesondere von Antriebs- und Bremskräften des Fahrwerkes, ist der
in der Bildebene weiter hinten liegende Antrieb 9 über eine
Zug-/Druckstange 15 mit einem nicht weiter gezeigten Lok-oder Wagenkasten verbunden.
Die beiden Antriebe 9 können
untereinander über
eine in der 1 nicht sichtbare Stange gelenkig
verbunden sein.
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Darüber hinaus
weisen die beiden Radsätze 7 je
eine Bremseinrichtung 12 auf. Mit dem Bezugszeichen 13 sind
Primärfedern
bezeichnet. Sie sind zwischen den Fahrwerkrahmen 2 und
den Radsatzlagern 6 zur Entkopplung angeordnet. Die Längsträger 3 können mit
dem Querträger 4 gelenkig
verbunden sein. Das Fahrwerk 1 kann mittels großer, als Luftfedern
ausgebildeter Sekundarfedern 14 an eine Bodenplatte des
darüber
liegenden und nicht weiter gezeigten Schienenfahrzeugs angebunden
sein.
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2 zeigt
beispielhaft einen Radsatz 7 mit einem Tatzlagerantrieb 9 in
einer Draufsicht nach dem Stand der Technik.
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Wie
die 2 zeigt, sitzt der Fahrmotor 10 quasi
auf der Radsatzwelle 8. Zwischen dem Fahrmotor 10 und
der Radsatzwelle 8 ist ein zur Radsatzwelle 8 koaxiales
Tatzlagerrohr 20 zu sehen. Mit dem Bezugszeichen 21 sind
zwei zugehörige
Tatzlager bezeichnet. Der Fahrmotor 10 treibt über ein
Kleinrad 23 ein fest mit der Radsatzwelle 8 verbundenes Großrad 24 an.
Der Fahrmotor 10 weist weiterhin eine Fahrmotoraufhängung 22 auf, über welche
der Fahrmotor 10 gelenkig an einem Querträger 4 angebunden
sein kann.
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3 zeigt
beispielhaft einen Radsatz 7 mit einem achsreitenden Antrieb 9 in
einer Draufsicht nach dem Stand der Technik.
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Im
Beispiel der 3 ist der Fahrmotor 10 über Fahrmotoraufhängungen 29 an
einem nicht dargestellten Querträger 4 befestigt.
Der Fahrmotor 10 treibt über eine Motorwelle 25 und über eine
nachfolgende Zahnkupplung 26 eine mit dem Kleinrad 23 verbundene
Getriebeeingangswelle 27 an. Das Kleinrad 23 treibt
ein fest mit der Radsatzwelle 8 drehfest verbundenes Großrad 24 an.
Das nicht weiter bezeichnete Gehäuse
des Antriebes 11 ist mit einem im Vergleich zum Tatzlagerrohr 20 in 2 beispielhaft
kürzeren
Tatzlagerrohr 20 verbunden.
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4 zeigt
beispielhaft einen Längsschnitt durch
ein Fahrwerk 1 mit zwei pendelnd mit einem Querträger 4 verbundenen
Tatzlagerantrieben 9 in einer Prinzipdarstellung nach dem
Stand der Technik.
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Im
Beispiel der 4 sind Tatzlagerantriebe mit
je einem Fahrmotor 10 und einem Getriebe 11 im Fahrwerkrahmen 2 als Antriebe 9 aufgenommen.
Die beiden Fahrmotoren 10 sind mit einem koaxial zur jeweiligen
Radsatzwelle 8 drehbar gelagerten Tatzlagerrohr 20 verbunden.
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Im
Beispiel der 4 verläuft der Längsschnitt durch die geometrische
Mitte des Fahrwerkes 1. Die Bildebene gemäß 4 entspricht
daher der Längsschnittebene
LSE. Die Längsschnittebene
LSE verläuft
senkrecht zu einer Schienenebene SE. Eine durch diese Mitte senkrecht
verlaufende Achse ist zugleich die Spiegelachse des Fahrwerkes 1.
Mit „senkrecht" ist eine parallele
Richtung zur Flächennormalen
der Schienenebene SE bezeichnet, auf der das gezeigte Fahrwerk 1 steht.
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Im
Bereich der Bildmitte sind zwei Antriebe 9 über je ein
Pendel 33 mit einem dazwischen liegenden Querträger 4 verbunden.
Die Pendel 33 sind am oberen Ende mit je einem Gelenklager 31 an
einer Seitenwand des gezeigten Querträgers 4 verbunden. Sie
sind am unteren Ende mittels eines Gelenkes 30, wie z.B.
eines Scharnier- oder Kugelgelenkes, mit dem Antrieb 9 verbunden.
Die gezeigte Anbindung der Antriebe 9 erlaubt im Falle
von Nickbewegungen keine nennenswerte Rotation und somit keine Ausgleichungsbewegungen
der Antriebe 9 um die Drehachse RA der jeweiligen Radsatzwelle 8.
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Weiterhin
sind die Antriebe 9 durch eine Stange 34 in Längserstreckung
LR des Fahrwerkes 1 miteinander gelenkig verbunden. Die
Stange 34 als starres Verbindungselement liegt in einer
durch die Drehachsen RA der Radsatzwellen 8 verlaufenden Ebene.
In selbiger Richtung LR ist ein linkes Ende eines Zug-/Druckelementes 37 zur
Längskraftaufnahme
mit einem Tatzlagerrohr 20 des rechten Antriebes 9 gelenkig 36 verbunden. Über das
Tatzlagerrohr 20 können
Zug- und Druckkräfte
FZ, FD in den Lok- oder Wagenkasten 16 eingeleitet werden.
Je nach Fahrtrichtung des Fahrwerkes 1 bzw. des Schienenfahrzeuges
können
die Zug- und Druckkräfte
FZ, FD Antriebs- und Bremskräfte
sein. Ein rechtes Ende des Zug-/Druckelementes 37 ist mit
einem Lok- oder Wagenkasten 16 eines Schienenfahrzeugs gelenkig 38 verbunden.
Im Beispiel der 4 weist das Zug-/Druckelement 37 die
Form eines Stabes oder einer Stange auf.
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5 zeigt
beispielhaft einen Längsschnitt durch
ein Fahrwerk 1 mit zwei an einer Pendelwaage 40 eines
Querträgers 4 pendelnd
verbundenen Antrieben 9 in einer Prinzipdarstellung gemäß der Erfindung.
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Das
in 5 gezeigte Fahrwerk 1 weist in Bezug
auf das Fahrwerk 1 gemäß 4 eine
im Wesentlichen gleiche Fahrwerkskonstruktion mit zwei Längsträgern und
einem Querträger
auf. Das heißt, dass
die in 4 und 5 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht weiter
dargestellten Fahrwerksrahmen im Wesentlichen gleich ausgeführt sein
können. Dies
umfasst auch die konstruktive Aufnahme der Radsätze in den Fahrwerkrahmen.
Darüber
hinaus weist das in 5 gezeigte Fahrwerk 1 Tatzlagerantriebe 9 auf,
deren konstruktive Ausführung
im Wesentlichen die des in 2 gezeigten
Tatzlagerantriebes 9 entsprechen kann.
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Wie
bei dem Fahrwerk 1 gemäß 4 dient auch
der Querträger 4 gemäß 5 der
vertikalen Entlastung der Antriebe 9. Dies wird durch die
am Querträger 4 angeordnete
Pendelwaage 40 erreicht, an deren Waagenbalkenenden E die
Antriebe 9 aufgehängt
sind. Zum anderen werden durch die erfindungsgemäße Pendelwaage 40 Drehmomente
der Antriebe 9, die durch Nickbewegungen hervorgerufen
werden, ausgeglichen. Eine mögliche
Ausgleichsbewegung ist im Beispiel der 5 gestrichelt gezeichnet.
Eine Übertragung
der Drehmomente in den Fahrwerkrahmen 2 erfolgt daher nicht
bzw. nur in geringem Maße.
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Im
Beispiel der 5 weist die Pendelwaage 40 eine
zu einer Drehachse RA der Radsatzwellen 8 parallele Pendelachse
PA auf. Zugleich weist die Pendelachse PA zu den Drehachsen RA der
benachbarten Radsatzwellen 8, das heißt zur linken und rechten Radsatzwelle 8,
einen gleichen Abstand auf. Die Pendelachse PA der Pendelwaage 40 liegt
somit in einer mittig zu den Drehachsen RA der Radsatzwellen 8 verlaufenden
Querschnittsebene QSE des Fahrwerkes 1.
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Die
Querschnittsebene QSE verläuft
typischerweise senkrecht zur Längsschnittebene
LSE. Sie verlauft weiterhin insbesondere durch die (konstruktive)
Fahrzeugmitte, wobei die Schnittgerade der Querschnittsebene QSE
mit der Längsschnittebene
LSE eine (konstruktive) Spiegelachse des Fahrwerkes 1 ist.
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Zur
Lagerung der Pendelwaage 40 ist mittig an der Oberseite
des Querträgers 4 ein
Querträgerlager
bzw. ein Lagerbock 41 gezeigt, welches bzw. welcher mit
dem Drehpunkt der Pendelwaage 40 ein Gelenk 42 bildet.
Vorzugsweise ist das Gelenk 42 ein Scharniergelenk. Es
kann alternativ ein Kugelgelenk sein. Der Lagerbock 41 kann
alternativ an der Unterseite des Querträgers 4 angebracht
sein, wie z.B. angeschweißt
oder angeschraubt. Die Pendelwaage 40 kann weiterhin alternativ
in einer Aussparung des Querträgers 4 drehbar
angeordnet sein.
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6 zeigt
das Fahrwerk 1 gemäß 5 mit zwei über ein
starres Verbindungselement 34 miteinander gelenkig verbundenen
Antrieben 9 gemäß der Erfindung.
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Im
Beispiel der 6 sind die Antriebe 9 durch
ein starres Verbindungselement 34 in Form einer Stange
oder eines Stabes 34 in Längserstreckung LR des Fahrwerkes 1 miteinander
gelenkig verbunden. Die Funktion des Verbindungselements 34 entspricht
der bereits in 4 beschriebenen. Das heißt, das
Verbindungselement 34 dient im Wesentlichen zur Übertragung
von Zug- und Druckkräften
FZ, FD von einem Antrieb 9 im Fahrwerk 1 auf den
anderen Antrieb 9 unter kräftemäßiger Umgehung des Querträgers 4.
Im Besonderen ist das starre Verbindungselement 34, wie
auch in 4 gezeigt, in einer durch die
Drehachsen RA der Radsatzwellen 8 verlaufenden Ebene angeordnet,
so dass die zwischen den Antrieben 9 weitergeleiteten Längskräfte FD,
FZ im Fahrwerk 1 drehmomentfrei in die Radsatzwelle 8 eingeleitet
werden können.
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Im
Gegensatz zum Fahrwerk 1 gemäß 4 sind vorteilhaft
rotierende Ausgleichungsbewegungen der Antriebe 9 um die
Drehachse RA der jeweiligen Radsatzwelle 8 im Falle von
Nickbewegungen möglich.
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Im
Beispiel der 6 sind je zwei Pendel 33, die
mit den Pendeln 33 gelenkig verbundene Pendelwaage 40 und
das mit den zwei Pendeln 33 gelenkig verbundene starre
Verbindungselement 34 gemeinsam in einer Ebene angeordnet.
Es können
alternativ nur eine oder zwei der zuvor genannten Komponenten 33, 34, 40 in
der gemeinsamen Ebene liegen. Weiterhin sind die zuvor genannten
Komponenten 33, 34, 40 in einer Längsschnittebene
LSE angeordnet, die in der Mitte des Fahrwerkes 1 liegt.
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Das
starre Verbindungselement 34 ist im Beispiel der 6 unterhalb
des Querträgers 4 angeordnet.
Es kann alternativ durch eine Aussparung im Querträger 8 geführt sein.
Vorzugsweise umschließen
je zwei Pendel 33 sowie die mit den Pendeln 33 gelenkig
verbundene Pendelwaage 40 und das mit den Pendeln 33 gelenkig
verbundene starre Verbindungselement 34 den Querträger 4.
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7 zeigt
das Fahrwerk 1 gemäß 6 mit beispielhaft
einem Zug-/Druckelement 51, 53 zur Einleitung
von Zug- und Druckkräften
FZ, FD in den Lok- oder Wagenkasten 16 gemäß der Erfindung.
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Im
Beispiel der 7 sind wiederum Tatzlagerantriebe
aufgenommen.
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Alternativ
können
achsreitende Antriebe 9 mit je einem Fahrmotor 10 und
einem Getriebe 11 im Fahrwerkrahmen 2 aufgenommen
sein. Jeweils zwei Fahrmotoren 10 sind gemeinsam an dem
Querträger 4 angebracht.
Im Unterschied zu den Tatzlagerantrieben 9 erfolgt die
Drehmoment- und Längskrafteinleitung
DM, FZ, FD über
den achsreitenden Antrieb 9 bzw. über ein Tatzlagerrohr 20 des
achsreitenden Antriebes 9. Die Anordnung und Ausgestaltung
des Zug-/Druckelements 51, 53 entspricht der bei
den Tatzlagerantrieben 9.
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Das
Zug-/Druckelement 51, 53 weist die Form einer
Stange oder eines Stabes auf. Das Zug-/Druckelement 51, 53 weist
ein erstes und ein zweites Ende auf. Im Beispiel der 7 ist
das erste Ende mit dem Tatzlagerrohr 20 gelenkig verbunden. Das
zweite Ende ist gelenkig mit einem Lok- oder Wagenkasten 16 des
Schienenfahrzeuges verbunden. Zur Anbindung kann das Tatzlagerrohr 20 beispielsweise
eine radial abstehende Lasche mit einer Laschenöse aufweisen. Die Laschenöse sowie
eine Öse
an dem ersten Ende des Zug-/Druckelements 51, 53 können durch
einen gemeinsamen Bolzen miteinander drehbar verbunden sein.
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Analog
zur vorherigen Ausführungsform
ist das Zug-/Druckelement 51, 53 in der Längsschnittebene
LSE des Fahrwerkes 1 angeordnet. Es ist zudem vorzugsweise
in einer durch die Drehachsen RA der Radsatzwellen 8 verlaufenden
Ebene angeordnet.
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8 zeigt
das Fahrwerk 1 gemäß 6 mit beispielhaft
zwei Zug-/Druckelementen 51, 53 zur Einleitung
von Zug- und Druckkräften
FZ, FD sowie Drehmomenten DM in den Lok- oder Wagenkasten 16 gemäß der Erfindung.
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Das
Fahrwerk 1 weist beispielhaft zwei Zug-/Druckelemente 51, 53 mit
einem ersten und einem zweiten Ende auf. Das erste Ende ist derart
mit dem Tatzlagerrohr 20 gelenkig verbunden, dass ein vom
Antrieb 9 übertragenes
Drehmoment DM sowie eine über
den Antrieb 10 wirkende Zug- oder Druckkraft FZ, FB nahezu
vollständig
in den Lok- oder Wagenkasten 16 einleitbar sind.
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Der
Aufbau und die Konstruktion des Fahrwerkrahmens 2 vereinfachen
sich durch die kraftmäßige Umgehung
des Fahrwerkrahmens erheblich.
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Die
zwei Zug-/Druckelemente 51, 53 sind vorzugsweise
parallel zueinander in der Längsschnittebene
LSE des Fahrwerkes 2 an geordnet. Insbesondere sind sie,
wie 7 zeigt, spiegelbildlich und parallel zu einer
durch die Drehachsen RA der Radsatzwellen 8 verlaufenden
Ebene angeordnet. Die Kraftresultierende der über die beiden parallelen Zug-/Druckelemente 51, 53 eingeleiteten
Längskräfte FZ,
FD verläuft
in der durch die Drehachsen RA der Radsatzwellen 8 gehenden
Ebene in der Längserstreckung
LR des Fahrwerkes 1. Mit der „parallelen" Anordnung der Zug-/Druckelemente 51, 53 ist die
parallele Anordnung ihrer Längsachsen
gemeint.
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Dadurch
erfolgt die Längskrafteinleitung über die
Radsatzwelle 8 in einer geraden Kraftwirklinie in den Lok-
oder Wagenkasten 16. Wirkt die Längskraft FZ, FD in einer entgegengesetzten
Richtung, so erfolgt die Einleitung in den Lok- und Wagenkasten 16 in
einer geraden Kraftwirklinie vom anderen Ende her, das heißt über die
Radsatzwelle 8, über
den zugehörigen
Antrieb 9 und weiter über
das starre Verbindungselement 34 zum anderen Antrieb 9 und
dessen Radsatzwelle 8.
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Die
Zug- oder Druckkraft wird üblicherweise durch
eine im Radaufstandspunkt wirkende Antriebs- oder Bremskraft des
Antriebes hervorgerufen. Eine Bremskraft kann zusätzlich von
einer Bremseinrichtung, wie z.B. von einer mechanischen Scheibenbremse,
von einer Magnetschiene oder von einer Wirbelstrombremse hervorgerufen
werden.
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Weisen
die Getriebe 11 eines achsreitenden Antriebspaares jeweils
eine gerade und eine ungerade Getriebestufenzahl mit einem gleichen Übersetzungsverhältnis auf,
so kompensieren sich die Reaktionsmomente der an dem Querträger 4 befestigten Fahrmotoren 10 vorteilhaft.
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9 zeigt
beispielhaft eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Fahrwerk 1 gemäß einer
ersten konstruktiven Ausführungsform.
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Der
Fahrwerkrahmen 2 weist eine H-Form auf. Der Querträger 4 ist
quer mit den beiden Längsträgern 3 fest
verbunden. In den beiden Längsträgern 3 sind
zwei Radsätze 7 gelagert.
Im Fahrwerkrahmen 2 sind zwei Antriebe 9 mit je
einem Fahrmotor 10 und einem Getriebe 11 aufgenommen.
Der Querträger 4 ist
symmetrisch zwischen diesen angeordnet.
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In
einer nicht dargestellten Ausführungsform kann
das Fahrwerk 1 statt einem Antriebspaar auch zwei oder
mehr Antriebspaare aufweisen. In diesem Fall weist der Fahrwerkrahmen 2 eine
der Antriebspaarzahl entsprechende Anzahl von Querträgern 4 auf,
welche jeweils zwischen den Antrieben 9 eines Antriebspaares
angeordnet sind.
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In
einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform kann das Fahrwerk 2 ein
oder mehrere nicht angetriebene Radsätze 7 aufweisen. Im
Falle eines Antriebspaares können
der nicht angetriebene Radsatz 7 bzw. die nicht angetriebenen
Radsätze 7 außenliegend
angeordnet sein. Im Falle von zwei oder mehreren Antriebspaaren
können
diese auch zwischen den Antriebspaaren angeordnet sein.
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Im
Beispiel der 9 sind die Antriebe 9 Tatzlagerantriebe.
Die Fahrmotoren 10 sind jeweils fest mit einem Tatzlagerrohr 20 verbunden.
Das Tatzlagerrohr 20 kann beispielsweise an einem Maschinengehäuse des
Fahrmotors 10 angeschweißt oder angeschraubt sein.
Mit dem Bezugszeichen LA ist die Längssymmetrieachse des Querträgers 4,
mit dem Bezugszeichen QA die Quersymmetrieachse des Querträgers 4 bezeichnet.
Mit dem Bezugszeichen LSE ist die durch die Fahrzeugmitte verlaufende Längsschnittebene
des Fahrwerkes 1 bezeichnet.
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In
der Mitte der 9 ist die erfindungsgemäße Pendelwaage 40 mit
einem in einem Lagerbock 41 der Pendelwaage 40 drehbar
gelagerten Waagenbalken 43 zu sehen. Der Waagenbalken 43 ist
mittig im Lagerbock 41 bzw. im Querträgerlager gelagert. In dieser
projizierten Darstellung stimmen die Pendelachse PA der Pendelwaage 40 und
die Längssymmetrieachse
LA des Querträgers 4 überein.
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Wie
die 9 weiter zeigt, ist das Fahrwerk 1 über zwei übereinander
liegende Zug-/Druckstangen 51, 53 mit einem Lok- oder Wagenkasten 16 eines
nur angedeuteten Schienenfahrzeuges mittels zweier Gelenke 52, 54 verbunden.
Die beiden Zug-/Druckstangen 51, 53 sind
in der Längsschnittebene
LSE angeordnet. Weiterhin sind sie spiegelbildlich zu einer durch
die Drehachsen RA der Radsatzwellen 8 verlaufenden Ebene
angeordnet. Sie sind folglich parallel zu einer Schienenebene SE
angeordnet. Dies ist im Beispiel der nachfolgenden 9 deutlicher
erkennbar.
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10 zeigt
das Fahrwerk 1 gemäß 9 in einer
Seitenansicht entlang einer eingezeichneten Schnittlinie X-X.
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Im
rechten Teil der 10 sind die beiden übereinander
angeordneten und parallel zur Schienenebene SE angeordneten Zug-/Druckstangen 51, 53 zu
sehen. Mit dem Bezugszeichen FZ ist eine an der Radsatzwelle 8 wirkende
Zugkraft bezeichnet, die durch die Antriebe 9 bewirkt wird.
Mit dem Bezugszeichen FD ist eine an der Radsatzwelle 8 wirkende
Druckkraft bezeichnet, die in entgegengesetzter Richtung zur Zugkraft
FZ wirkt. Mit dem Bezugszeichen DM ist das an der jeweiligen Radsatzwelle 8 wirkende
Antriebsmoment bezeichnet. Die Zug- und Druckkraft FZ, FD sind je
nach Fahrtrichtung des Fahrwerkes insbesondere Antriebskräfte bzw. Bremskräfte der
Antriebe 9.
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Wie
die 10 zeigt, können
das Drehmoment DM sowie die Längskräfte FZ,
FD über
die beiden Zug-/Druckstangen 51, 53 zumindest
nahezu vollständig
in den Lok- oder Wagenkasten 16 eingeleitet werden. Wie
die 10 weiter zeigt, liegt auch das die beiden Antriebe 9 gelenkig
verbindende starre Verbindungselement 34 in der resultierenden Kraftwirklinie
der beiden Zug-/Druckstangen 51, 53. Die Kraftwirklinie
verläuft
mittig parallel zu den Längsachsen
der beiden Zug-/Druckelemente 51, 53. Dadurch
können
beispielsweise die vom linken Antrieb 9 hervorgerufenen
Längskräfte FZ,
FD unter Umgehung des Fahrgestellrahmens 2 in einer geraden
Kraftwirklinie in den Lok- oder Wagenkasten 16 drehmomentfrei
eingeleitet werden.
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Die
erfindungsgemäße Pendelwaage 40 dient
dazu, Nickbewegungen der zwei gezeigten Antriebe 9 auszugleichen,
indem die Pendelwaage 40, wenn auch nur geringfügig, auslenkt.
Nickt zum Beispiel der linke gezeigte Antrieb 9 in Uhrzeigerrichtung um
die zugehörige
Drehachse RA, so resultiert dies in einer Ausgleichsbewegung des
rechten Antriebes 9 gleichfalls in Uhrzeigerrichtung. Das
bei dem rechten Antrieb 9 einwirkende Drehmoment DM wird über die
beiden Zug-/Druckstangen 51, 53 direkt in den Lok-
oder Wagenkasten 16 eingeleitet. Der Querträger 4 selbst
bleibt bei diesen Ausgleichsbewegungen der Antriebe 9 weitestgehend
drehmomentfrei.
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11 zeigt
beispielhaft eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Fahrwerk 1 gemäß einer zweiten
konstruktiven Ausführungsform.
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Im
Unterschied zur Ausführungsform
gemäß 9 und 10 sind
die Radsätze 7 über Radsatzlenker 17 fest
mit dem Querträger 4 verbunden.
Die Radsatzlager 6 können,
wie in 11 gezeigt, beispielhaft über als
Zylinderfedern ausgeführte
Primärfedern 13 gegenüber dem
jeweiligen Radsatzlenker 17 gedämpft sein. Weiterhin können die
Längsträger 3 mittels
Gelenke 18 beweglich mit dem Querträger 4 verbunden sein.
Darüber
hinaus weist das Fahrwerk 1 die erfindungsgemäße Pendelwaage 40 sowie
die zwei Zug-/Druckstangen 51, 53 auf.
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Die
gezeigte Fahrwerkskonstruktion ist an die Fahrwerkskonstruktion
gemäß der in
der Beschreibungseinleitung genannten Internationalen Veröffentlichung
WO 01/079049 A1 angelehnt.
Ein derartiges Fahrwerk
1 mit der erfindungsgemäßen Pendelwaage
40 und
vorzugsweise mit den zwei Zug-/Druckstangen
51,
53 weist
eine besonders einfache und leichte Fahrwerkskonstruktion auf.