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Achsführung an einem Drehgestell für Schienenfahrzeuge, insbesondere
für Güterwagen, Die Erfindung betrifft eine Achsführung an einem Drehgestell für
Schienenfahrzeuge, insbesondere für Güterwagen. Bei Güterwagen werden im allgemeinen
Drehgestelle verwendet, bei denen die senkrechte Federung nur zwischen Radsatz und
Drehgestellrahmen angeordnet ist. Eine Wiegenfederung, wie sie bei den Wagen zur
Personenbeförderung häufig verwendet wird, wäre zwar lauftechnisch vorteilhafter,
bedingt jedoch einen wesentlich größeren technischen Aufwand, auf den bei Güterwagen
aus Kostengründen im allgemeinen verzichtet wird.
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Es sind Güterwagendrehgestelle bekannt, bei denen die senkrechte Federung
über eine mehrlagige Blattfeder erfolgt0 Diese Blattfeder stützt sich mit ihrer
Mitte auf dem Achslagergehäuse ab, während ihre beiden Enden mit Schaken am Drehgestellrahmen
aufgehängt sind. Auf diese Weise ist der Drehgestellrahmen gegenüber dem Rad satz
auch in horizontaler Richtung abgefedert. Je nach der Länge der Schaken kann man
hierbei ein Drehgestell mit überkritischem oder unterkritischem Querverhalten erzielen.
Hierbei bedeutet dberkritiscg ein Querverhalten, bei dem die Erregen
frequenz
höher ist als die Bigenfrequenz des Drehgestelles in kuerrichtung, während unterkritisch
ein Querverhalten bedeutet, bei dem die Erregerfrequenz niedriger ist als die Wigenfrequenz
des Drehgestelles in Querrichtung. V-fährend bei diesen Drehgestellen die senkrechte
Federung durch die Reibung innerhalb der mehrlagigen Blattfeder gedämpft wird, unterliegt
die Federung in fct Querrichtung außer der insSchakenaufhängung vorliegenden Reibung
keiner Dämpfung. Dies hat zur Folge, daß diese Drehgestelle nur für Geschwindigkeiten
bis zu etwa 100 kmJh geeignet sind.
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Es ist weiterhin ein achsgefedertes Drehgestell bekannt, bei dem die
senkrechte Federung über Schraubenfedern erfolgt, Diese Schraibenfedern sind zwischen.
dem Achslagergehäuse und dem Drehgestellrahmen zu beiden Seiten der Radachse angeordnet.
Sie sind im allgemeinen so ausgebildet, daß sie auch in Querrichtung verform r sind
(Blexicoil-Wirkung) und übernehmen auch die Federung des Rahmens gegenüber dem Radsatz
in Querrichtung. Da die Schraubenfedern in Querrichtung sehr hart sind, zeigen Drehgestelle
dieser Bauart ein unterkritisches Querverhalten. Zur Dämpfung sowohl der Bewegung
in senkrechter als auch der Bewegung in Querrichtung ist diese Achsfederung mit
einem lastabhängig arbeitenden Reibungsdämpfer ausgerüstet. Die lastabhängige Reibungsdämpfung
wird dadurch erzielt, daß eine der zu beiden Seiten der Radachse angeordneten Schraubenfedern
sich mit ihrem oberen Znde an einem Zwischenteil abstützt, das über Schaken am Drehgestellrshmen
aufgehängt ist. Dieses Zwischenteil wird je nach der Belastung mehr oder weniger
in Richtung auf die Achslagermitte hin gedrückt.
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Hierdurch wird ein mit dem Zwischenteil verbundener Reibstößel gegen
eine am Achslager angeordnete Reibfläche gedrückt. Es entsteht eine lastabhängige
Reibungskraft, die sowohl in sankrechter als auch in Querrichtung die Rahmenschwingungen
dampft.
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Ausgehend von der zuletzt beschriebenen bekannten Achsfederung liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Drehgestell mit
wesentlich
günstigeren Laufeigenschaften und geringerer Beanspruchung der Bauteile am Drehgestell
sowie der Schienen zu schaffen, das nur eine Achsfederung besitzt, Ein solches Drehgestell
sollte folgende Merkmale aufweisen: a) Die Radsätze sollen sich beim Kurvenlauf
des Drehgestelles radial zum Gleisbogen einstellen können; b) die vertikale Federung
und die Querfederung sollen mit einer lastabhängig wirkenden Dämpfung versehen sein.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn zusätzlich noch weitere Bedingungen
erfüllt sind, nämlich: c) die Federung des Drehgestellrahmens in Querrichtung soll
weich sein, um ein überkritisches Querverhalten zu erzielen; d) zur Begrenzung der
Federwege in Querrichtung sollte ein elastischer Anschlag vorgesehen sein.
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Gegenstand eines älteren Vorschlages (P 21 05 162.7) ist eine Achsfederung
an einem Drehgestell für Schienenfahrzeuge, insbesondere für Güterwagen, bei dem
jeweils zwischen dem Achslagergehäuse und dem Drehgestellrahmen zu beiden Seiten
der Radachse Schraubenfedern angeordnet sind, von denen mindestens eine sich mit
ihrem einen Ende an einem beweglichen Zwischenteil abstttzt, durch das Reibungsdämpfer
betätigt werden. Hierbei soll "zu beiden Seiten der Radachse" bedeuten, in Fahrzeuglängsrichtungr
gesehen vor und hinter der Radachse. Bei dem älteren Vorschlag wird die obengenannte
Aufgabe dadurch gelöst, daß das Zwischenteil als um mindestens eine horinzontale,
außerhalb der Längsmitte der Schraubenfeder am Drehgestellrahmen oder am Achslagergehäuse
angeordnete Drehachse schwenkbarer Federteller ausgebildet ist, an dem mindestens
ein im wesentlichen parallel zur Längsrichtung der Schraubenfeder verlaufender Hebelarm
angeordnet ist, der sich am Achslagergehäuse bzw. am Drehgestellrahmen über den
Reibungsdämpfer abstützt0
Die obengenannte Aufgabe wird durch den
älteren Vorschlag nach den Punkten a und b bereits gelöst, indem sich die Rad sätze
in der Kurve radial einstellen können, dadurch, daß das Achslagergehäuse insofern
in Fahrzeuglängsrichtung federnd gelagert ist, als die in Längsrichtung auftretenden
Bewegungen des Achslagergehäuae über den Hebelarm auf den schwenkbaren Federteller
und somit auf die Schraubenfeder, und zwar in ihrer Längsrichtung, übertragen werden.
Die Federkonstante dieser Federung in Eahrzeuglängsrichtung ergibt sich aus der
Vertikalfederkonstanten der Schraubenfeder, unter Berücksichtigung des tbersetzungsverhältnisses,
das durch den Hebelarm und dem mit ihm verbundenen schwenkbaren Feder teller bestimmt
ist. Durch die am Hebelarm angeordneten Reibstücke sind die Bewegungen in vertikaler
und ip Querrichtung einer lastabhängigen Dämpfung unterworfen.
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Ein Nachteil des älteren Vorschlages besteht darin, daß infolge der
Koppelung der in Fahrzeuglängsrichtung wirkenden Federkonstante mit der Federkonstante
in vertikaler wichtung, die Feder konstante in Fahrzeuglängsrichtung nur in gewissen
Grenzen variabel ist. Es besteht aber ein Bedürfnis, die Federung in Fahrzeuglängsrichtung
unabhängig von der Federung in vertikaler Richtung einstellbar zu machen, weil vom
Verhältnie zwischen der Federkonstanten in Fahrzeuglängsrichtung und der Federkonstanten
in Pahrzeugquerrichtung das Laufverhalten der Rad sätze stark beeinflußt wird.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Aehsftihrung an einem
Drehgestell für Schienenfahrzeuge, insbesondere fjfr Güterwagen, bei dem jeweils
zwischen dem Achslagergehäuse und dem Drehgestellrahmen zu beiden Seiten der Radachse
Sohraubenfedern angeordnet sind, von denen eine sich mit einem Ende an einem beweglichen
Zwischenteil abstützt, durch das + ischen dem Drehgestellrahmen und dem Achelagergehäuse
angeordnete, in vertikales und gegebenenfalls horizontaler Querrichtung wirksame
Reibungsdämpfer mit einer in Längsrichtung wirkenden, von der Belastung
der
Schraubenfeder in vertikaler Richtung abhängigen Kraft beaufschlagt werden. Bei
dieser Aohsführung wird die obengenannte zusätzliche Aufgabe dadurch gelöst, daß
erfindungsgemäß zwischen Drehgestellrahmen und Achslagergehäuse mindestens eine
in Längsrichtung des Drehgestelles wirksame Zusatzfederung angeordnet ist, die durch
das Zwischenteil mit einer von der Belastung abhängigen Vorspannung beaufschlagt
wird. Zweckmäßigerweise sind hierbei Zwischenteil und Zusatzfederung auf verschiedenen
Seiten der Radachse angeordnet. Die Federkennlinie der Zusatzfederung kann linear
oder vorzugsweise progreasiv verlaufen. Als Zusatzfederung kann eine Schraubenfeder
dienen. Es können aber auch Gummimetall federn oder Federn anderer Bauart, z.B.
Xellerfedern,verwendet werden. Weiterhin kann zwischen der Zusatzfederung und dem
Aohslagergehäuse oder dem Drehgestellrahmen ein weiterer, in vertikaler und horizontaler
Querrichtung wirkender Reibungsdämpfer angeordnet sein.
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Auch bei der erfindungsgemäßen Achsführung ist die obengenannte Aufgabe
nach den Punkten a und b gelöst, indem sich die Radsätze in der Kurve radial einstellen
können und eine lastabhängige Dämpfung vorhanden ist. Die Einstellung der Rad sätze
in der Kurve erfolgt nunmehr gegen -die Kraft der in Längsrichtung wirkenden Zusatzfederung,
die den gewünschten VerhälXtnissen entsprechend dimensioniert werden kann. Dadurch
wird erreicht, daß zwar die gewünschte radiale Einstellung der Rad sätze in der
Kurve erfolgt der unerwünschte sogenannte Sinuslauf der Radsätze aber stark be hindert
wird.
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Die Ausbildung der Zusatzfederung mit progresBiver Kennlinie hat darübejhinaus
den Vorteil, daß die aufgrund der belastungsab- 1 hängigen Vorspannung der Zusatzfederung
in Fahrzeuglängsrichtung erfolgende Verschiebung der Rad sätze relativ klein gehalten
werden kann. Die Tatsache, daß bei progressiver Kennlinie der Zusatzfederung bei
ss*iSre erhöhter Vorspannung zur Erzielung des gleichen Ausdrehwinkels größere Kräfte
erforderlich sind,
wirkt hierbei nicht störend, da die verfügbaren
Ausdrehkräfte ebenfalls mit steigender Belastung zunehmen.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Gegenstandes
der Erfindung ist das Zwischenteil als um eine horizontale, in Querrichtung verlaufende,
auBerhalblder Längsmitte der Schraubenfeder am Drehgestellrahmen oder am Achslagergehäuse
angeordnete Drehachse schwenkbarer Pederteler ausgebildet, an dem ein im wesentlichen
prallel zur Längsrichtung der Schraubenfeder verlaufender Hebelarm angeordnet ist,
der sich am Achslagergehäuse bzw. am Drehgestellrahmen über den Reibungsdämpfer
abstützt. Dabei kann die Anordnung so erfolgen, daß sich das obere Ende der Schraubenfeder
auf dem schwenkbaren Federteller abstützt, dessen Drehachse am Drehgestellrahmen
angeordnet ist, und der Hebelarm an der der Radachse zugewandten Seite der Schraubenfeder
nach unten verlaufend angeordnet ist. Die Drehachse des schwenkbaren Bedertellers
kann an der der Radachse abgewandten Seite der Schraubenfeder angeordnet sein, und
das untere Ende des Hebelarmes kann mit seiner der Radachse zugewandten,wulstförmig
auger bildeten Seite an einem Reibstück anliegen, das mit einer am Achslagergehäuse
angeordneten Reibfläche zusammenwirkt.
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Bei einer anderen Ausführungsform stützt sich das untere Ende der
Schraubenfeder auf dem schwenkbaren Federteller ab, dessen Drehachse am Achslagergehäuse
angeordnet ist, und am oberen Ende des nach oben verlaufenden Hebelarmes ist ein
Reibstück angeordnet, das mit einer am Drehgestellrahmen angeordneten Reibfläche
zusammenwirkt.
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Um den Federweg in Fahrzeuglängsrichtung zu begrenzen, hat es sich
als vorteilhaft erwiesen, w9nn zwischen dem Achslagergehäu se und dem Drehgestellrahmen
in Fahrzeuglängsrichtung wirkende Anschläge angeordnet sind. Da beim Kurvenlauf
und bei Richtung fehlern im Gleis hohe Querbeschleunigungell auftreten, hat es
sich
weiterhin als sweckmäßig erwiesen, wenn zwischen dem Achslagergehäuse und dem Drehgestellrahmen
in Fahrzeugquerrichtung wirkende Anschläge angeordnet sind. Diese Anschläge können
aus gummielastischem Material bestehen und dadurch die Querkräfte elastisM abfedern.
Es können jedoch auch feste Anschläge vorgesehen sein, wobei nach Wirksamwerden
des festen Anschlages die weitere Querfederung dadurch erreicht werden kann, daß
das Rollenachslager als axial elastisches Lager ausgebildet ist. Wird zur Erzielung
eines überkritischen Querverhaltens eine besonders weiche Federung in Querrichtung
gewünscht, so kann dies durch entsprechend lange Ausbildung der in vertikaler Richtung
wirkenden Schraubenfedern (Flexicoil-Federn) oder durch zusätzliche Maßnahmen, wie
kardanische Aufhängung der Federteller uswO, erreicht werden.
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Im folgenden werden die Eigenschaften des Gegenstandes der Erfindung
anhand zweier in den beigefügten Figuren dargesteller Ausführungsbeispiele näher
erläutert.
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Figur 1 ist ein Vertikalsohnitt durch einen Teil eines Drehgestelles
im Bereich der Achsführung.
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Figur 2 ist ein Vertikalschnitt analog Figur 1 durch eine andere Ausführungsform
einer Achsführung.
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Figur 5 ist ein leicht vergrößerter Teilschnitt nach der Linie 111-111
in Figur 1.
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Figur 4 ist ein leicht verXgrößerter Teilschnitt nach der Linie IV-IV
in Figur 2.
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Bei den in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen sind
zwischen dem Drehgestellrahmen 1 und dem Achslagergehäuse 2 zu beiden Seiten der
Radachse 5 Schraubenfedern 4a und 4b angeordnet. Die Schraubenfedern 4a und 4b sind
als in Querrichtung verformbare Federn (Flexicoil-Federn) ausgebildet0 Bei der Ausführungsform
nach den Figuren 1 und 3 stützt sich die
Schraubenfeder 4b (linke
Bildhälfte) mit ihrem einen Ende am Ikehgestellrahmen 1, mit dem anderen Ende am
Achslagergehäuse 2 ab.
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Die Schraubenfeder 4a (rechte Bildhälfte) stützt sich mit ihrem oberen
Ende am Drehgestellrahmen 1 ab und mit ihrem unteren Ende an einem besonderen Federteller
5, der über einen Zapfen 6 am Achslagergehäuse.2 schwenkbar gelagert ist. Dabei
ist, wie Figur 1 entnommen werden kann, die Drehachse des Federtellers 5 außerhalb
der Längsmitte M der Schraubenfeder 4a, und zwar auf der der Radachse 3 zugewandten
Seite der Schraubenfeder 4a, angeordnet. Damit der so schwenkbar gelagerte Federteller
5-nicht wegkippt, stützt er sich mit einem mit ihm fest verbundenke, an der der
Rad achse 3 zugewandten Seite der Schraubenfeder 4a angeordneten Hebelarm 7 an einer
mit dem Drehgestellrahmen 1 verbunden Lasche 10 ab. Die Teile 5, 6, 7 bilden also
einen zweiarmigen Hebel, und die entstehenden Abstützkräfte werden zur Reibuiigsdämpfung
der Drehgestellschwingungen in vertikaler und in horizontaler Querrichtung ausgenutzt.
Zu diesem Zweck ist die Lasche lOr an der dem Hebelarm 7 zugewandten Seite mit einer
Reibfläche 9 versehen, auf der ein Reibstück 8 gleitet, das mit seiner der Reibfläche
9 abgewandten Seite in einer Vertiefung 7a des Hebelarmes 7 angeordnet ist. Auf
der Beite der Radachse 3, an der die Schraubenfeder 4b angeordnet ist, ist nun eine
in Fahrzeuglängsrichtung wirkende Zusatzfederung vorgesehen, die eine Schraubenfeder
11 aufweist, welche zwischen den Achlagergehäuse 2 und einer mit dem Drehgestellrahmen
1 verbundenen Lasche 12 angeordnet ist. Die Schraubenfeder 11 befindet sich in einem
aus zwei ineinander in Längsrichtung verschiebbar angeordneten Federtrbgen 13 und
14 zusammengesetzten Gehäuse, wobei der sich am Achslagergehäuse 2 über eine Reibfläche
18 abstützende Pedertrog 14 zusammen mit der Lasche 12 einen Anschlag zur Begrenzung
des Pederweges der Feder 11 darstellt. Ein weiterer in Längsrichtung wirkender Anschlag
15 ist am Achslagergehäuse 2 auf der Seite der Schraubenfeder 4a angeordnet. Der
Anschlag 15 wirkt als Gegenanschlag zu den Anschlägen 14 und 12 und legt sich-bei
seinem Wirksamwerden an eine Seite des Hebelarmes I an. Die in Fahrzeugquerrichtung
wirkenden Kräfte werden
zunächst von den Schraubenfedern 4a und
4b infolge der Plexicoilwirkung aufgenommen. Zur Begrenzung des Querweges dienen,
wie aus Figur 3 ersichtlich, Anschläge 17 aus gummblastischem Material, die an den
mit dem Drehgestellrahmen 1 verbundenen Laschen 10 bzw. 12 angeordnet sind und mit
entsprechenden Anschlägen 16 am Achslagergehäuse 2 zusammenwirken.
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Die Reibungsdämpfung für die Bewegung in vertikaler und in Querrichtung
ist infolge der Umlenkung der auf die Schraubenfeder 4a wirkenden Belastung durch
den zweiarmigen Hebel 5, 6, 7,lastabhängig. Die Größe der Reibkräfte kann entweder
durch die Auswahl der Reibmaterialien mit entsprechenden Reibwiderständen oder aber
durch Veränderung des tbersetzungsverhältnisses an die jeweiligen Erfordernisse
angepaßt werden. Die radiale Einstellung der Radachse 3 in Kurven wird dadurch ermöglicht,
daß eine Bewegung des Achslagergehäuses 2 in Fahrzeuglängsrichtung gegen die Wirkung
der Feder 11 möglich ist. Die Feder 11 steht unter einer belastungsabhängigen Vorspannung,
die durch die Kräfte e hervorgerufen wird, die am Drehzapfen 6 als Reaktion auf
die auf das Reibstück 8 von dem Hebelarm 7 ausgeübten Kräfte auftreten. Die Federkonstante
dieser Längsfederung ist durch geeignete Wahl der Feder 11 beeinflußbar und kann
den gewüns Verhältnissen angepaßt werden. An Stelle der Schraubenfeder 11 kann selbstverständlich
auch eine Feder anderer Art z.B. eine Tellerfeder verwendet werden.
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Bei der Ausführungsform nach den Figuren 2 und 4 stützt sich die'
Schraubenfeder 4b (linke Bildhälfte) wiederum einerseits am Drehgestellrahmen 1
und andererseits am Achslagergehäuse 2 direkt ab. Die Schraubenfeder 4a (reohte
Bildhälfte) stützt sich mit ihrem unteren Ende direkt am Achslagergehäuse 2 ab,
während sich; das obere Ende nicht direkt am Drehgestellrahmen 1 abstützt, sondern
an dem besonderen Federteller 25, der über einen Zapfen 26 am Drehgestellrahmen
1 schwenkbar gelagert ist. Wie aus Figur 2 entnommen werden kann, ist die Drehachse
des Federtellers
25 außerhalb der Längsmitte M der Schraubenfeder
4a und zwar auf der der Radachse 5 abgewandten Seite der Schraubenfeder 4a angeordnet.
An der der Radachse 3 zugewandten Seite der Schraubenfeder 4a ist am Federteller
25 ein nach unten verlaufender Hebelarm 27 angeordnet. Der Hebelarm 27 stützt sich
mit einer wulstförmigen Erhöhung 27 an seiner Außenseite über ein Reibstück 28,
das in einer am Drehgestellrahmen 1 angeordneten Lasche 30 verschiebbar geführt
ist, am Achslagergehäuse 2|ab. Das Reibstück 28 wirkt mit einer am Achslagergehäuse
2 angeordneten Reibfläche 29 zusammen. Die Teile 25, 26 und 27 bilden zusammen einen
einarmigen Hebel, der die an der Schraubenfeder 4a durch die Belastung hervorgerufenen
Kräfte auf das Reibstück 28 überträgt, wodurch eine lastabhängige Reibungsdämpfung
entsteht. Die in Fahrzeuglängsrichtung wirkende Zusatzfederung ist wiederum auf
der Seite der Schraubenfeder 4b (linke Bildhälfte) angeordnet.
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Sie weist Gummifedern Bla auf, die in einem spitzen Winkel zur Fahrzeuglängsriohtung
zwischen einem sich am Achsiagergehäuse 2 über eine Reibfläche 38 abstützenden Federwiderlager
34 und einem über eine Lasche 32 mit dem Drehgestellrahmen 1 verbundenen Feder widerlager
33 angeordnet sind. Die Gummifedern 31a werden auf Schub und Druck beansprucht.
Um der Zusatzfederung eine progressive Kennlinie zu verleihen, ist außerdem eine
Gummifeder 31b zwischen dem Widerlager 34 und der mit dem Drehgestell 1 verbundenen
Lasche 32 angeordnet, die eine ballige Oberfläche besitzt und bei ßBewegungen in
Längsriohtung nur auf Druck beansprucht wird. Zur Begrenzung des querspiel zwischen
dem Achslagergehäuse 2 und dem Drehgestellrahmen 1 dienen am Achslagergehäuse 2
angeorndete Anschläge 36, die mit an den Laschen 30 und 32 angeordneten Anschlägen
57 zusammenwirken. Bei Wirksamwerden dieser Anschläge wird die weitere Querfederung
durch ein sogenanntes axialelastisches Rollenachslager übernommen, wie dies aus
Figur 4 hervorgeht. In Figur 4 ist an der Außenseite des zwischen der Radachse 3
und dem Achslagergehäuse 2 angeordneten Rollenachslagers 21 ein axialelastisches
Lager angeordnet, bei dem elastische Federungskörper 22 zwischen Schrägflächen 23
liegen
und so in Querrichtung wirkende Stöße an dieser Stelle aufgefangen werden. Bei dieser
Ausführungsform erfolgt die radiale Einstellung der Rad sätze gegen die federwirkun
er progressiven Feder fla, 31b. Die belastungsabhängige Vorspannung der Zusatzfederung
wird erreicht durch die von dem Hebel 27 über das Reibstück 28 auf das Achslagergehäuse
2 übertragenen Kräfte.
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Der Ausdrehwinkel der Radsätze für einen bestimmten Kurvenradius ist
bei einer Zusatzfederung mit progressXver Kennlinie für alle Belastungen nahezu
gleich, da zwar einerseits die auf die Zusatz federung wirkende Vorspannung mit
der Belastung zunimmt und dadurch in einem Teil der Kennlinie gearbeitet wird, bei
der für einen bestimmten Ausdrehwinkel größere Kräfte erforderlich sind, andererseits
aber die Ausdrehkräfte ebenfalls von der Belastung und der Haftreibung zwischen
Rad und Schiene abhängig sind, und mit der Belastung ansteigen.
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Patent an8Priiche