DE2631350A1

DE2631350A1 - Laufwerk fuer schienenfahrzeuge

Info

Publication number: DE2631350A1
Application number: DE19762631350
Authority: DE
Inventors: Rowlen Ethelbert Von Gericke; Herbert Scheffel
Original assignee: South African Inventions Development Corp
Current assignee: South African Inventions Development Corp
Priority date: 1972-11-10
Filing date: 1976-07-13
Publication date: 1977-02-03
Also published as: DE2631350C3; GB1510928A; DE2631350B2

Description

VON KREISLER SCHONWALD WVEYER EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING

PATENTANWÄLTE Anmelder in Dr.-Ing. von Kreisler 11973

Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln

SOUTH AFRICAN INVENTIONS Dr.-Ing. Th. Meyer, Köln

DEVELOPMENT CORPORATION _Dn._lng. _{K- w}. _Eisho|_{d/ Bad Soden}

Administration Building, Dr. J. F. Fues, Köln

C. S. I. R., Scientia, Pretoria DipL-Chem. Alek von Kreisler Köln

Republik Südafrika °!^p \'f ^hsm _r ^C°[°^la ™!?' ^Köln

Dipl.-Ing. G. Selling, Köln

Sg-Is 5 KÖLN 1 12. Juli 1976

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

Laufwerk für Schienenfahrzeuge

Zusatz zu Patent ... (Patentanmeldung P 23 56 267.6)

Die Erfindung betrifft ein Laufwerk für Schienenfahrzeuge, mit mindestens zwei Radsätzen, von denen jeder zwei Räder aufweist, die an einer gemeinsamen Achse angebracht und so montiert sind, daß sie Gierbewegungen und Seitenbewegungen durchführen können, mit einer Verbindungseinrichtung, welche die Radsätze derart untereinander verbindet, daß seitliche Bewegungen des einen Radsatzes gegensinnig auf den anderen Radsatz übertragen werden, und mit elastischen Elementen, mit denen die Last auf den Radsatz übertragen wird, nach Patent ... (Patentanmeldung P 23 56 267.6).

Die Erfindung ist anwendbar bei Schienenfahrzeugen, bei denen ein Wagenkörper oder Oberbau auf Drehgestellen montiert ist, und bei Schienenfahrzeugen, bei denen der Wagenkörper direkt auf den Radsätzen montiert ist, z.B. bei vierrädrigen Wagen.

In der nachfolgenden Beschreibung ist der Begriff "Lauf-

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Telefon: (02 21) 23 45 41 - 4 · Telex: 888 2307 dopa d ■ Telegramm: Dompalent Köln

werk" so zu verstehen, daß er ein Schienenfahrzeug umfaßt, das mindestens zwei selbstlenkende (live) Radsätze und mindestens ein lasttragendes Teil aufweist, das auf den Radsätzen montiert ist. Ein Laufwerk in diesem Sinne kann beispielsweise ein Drehgestell oder ein vierrädriges Fahrzeug sein, wobei der Begriff "lasttragendes Teil" im Falle eines Drehgestells eines der Rahmenteile und im Falle eines vierrädrigen Fahrzeugs den Wagenkasten bezeichnet.

Das Hauptpatent schafft ein Laufwerk für ein Schienenfahrzeug mit guter Kurvengängigkeit bei gleichzeitig hoher Pendelstabilität. Das Laufwerk hat selbststeuernde Radsätze, die derart untereinander verbunden sind, daß die Gier- oder Seitenbewegungen eines jeden Radsatzes gegensinnig auf den anderen Radsatz übertragen werden. Die Verbindungsvorrichtung dient dazu, dem Pendeln der Radsätze entgegenzuwirken, ohne die natürliche Selbststeuerfähxgkeit der Radsätze zu beeinträchtigen. Die Radsätze werden selbststeuernd gemacht, indem sie mit profilierten oder konkaven Laufflächen versehen sind, und indem die lasttragenden Teile elastisch an ihnen angebracht werden. Die elastische Befestigung der lasttragenden Teile an den Radsätzen bewirkt einen Kurszwang gegen Gierungsbewegungen, der geringer ist als die an den Radsätzen an der gekrümmten Schiene erzeugten Steuerungskräfte.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Arbeitscharakteristik eines Eisenbahn-Laufwerks der oben genannten Art noch zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens eines der elastischen Elemente eine Seiten-

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steifigkeit in Richtung quer zur Längsachse des Laufwerks aufweist, die geringer ist als die Steifigkeit in Richtung parallel zur Längsachse,

Versuche haben gezeigt, daß die Anbringung derartiger elastischer Elemente das Fahrzeug in bezug auf die Pendelstabilität des Wagenkastens stabiler machen als dies bisher möglich war. Ferner haben diese Versuche erwiesen, daß es wichtig ist, die Radsätze so untereinander zu verbinden, daß ihre Drehbewegungen gegensinnig gekoppelt sind, da dies"den Pendelbewegungen der Radsätze entgegenwirkt. Ein Laufwerk, in dem elastische Elemente mit den oben erwähnten Eigenschaften verwendet werden, kann in die Aufhängung des Wagenkastens eingebaut werden, ohne daß dadurch die Pendelstabilität des Radsatzes beeinträchtigt oder weiter verringert würde.

Grundsätzlich können elastische Elemente bekannter Art eingesetzt werden, z.B. Gummiblocks, Gummi-Sandwich-Eleitiente, die verschiedene Schichten von Gummi und Metallplatten enthalten, oder Schraubenfedern. In bestimmten Fällen können die Elemente selbst so geformt sein, daß sie die erforderliche Längssteifigkeit und Quersteifigkeit aufbringen.

Vorzugsweise enthält das elastische Element ein zylindrisches Teil, das zwischen einer oberen und einer unteren Fläche eines federnden Teiles angebracht ist,und ein entsprechendes Teil des Laufwerks stützt das federnde Teil ab oder wird von ihm abgestützt. Das zylindrische Teil besitzt eine gebogene Fläche und ist in dem Laufwerk so angeordnet, daß seine Rotationsachse parallel zur Längs-

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achse des Laufwerks verläuft. Zweckmäßigerweise besitzt das zylindrische Teil einen kreissegmentförmigen Querschnitt.

Die gebogene Fläche des zylindrischen Segmentes kann gegen eine planare Fläche stoßen oder gegen eine konkave Zylinderfläche, deren Radius größer ist als derjenige des zylindrischen Segmentes.

Vorzugsweise liegt die Seitensteifigkeit zwischen 25 % und 75 % der Längssteifigkeit und optimal liegt sie im Bereich von 33 1/3 % bis 50 % der Längssteifigkeit.

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Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche Teile jeweils durchgehend mit denselben Bezugszeichen versehen sind.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Drehgestells nach der Erfindung, wobei aus Gründen der Deutlichkeit verschiedene Teile aufgebrochen dargestellt sind.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht der Ausführungsform nach Fig. 1,

Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab ein elastisches Element, das bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 verwendet wird,

Fig. 4 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Vierradwagens nach der Erfindung,

Fig. 5 zeigt eine stirnseitige Ansicht entlang der Längsachse des Laufwerks bei einer Variante eines elastischen Elementes, dessen Seitensteifigkeit geringer ist als seine Längssteifigkeit.

Fig. 6 zeigt eine weitere Variante des elastischen Elementes,

Fig. 7 zeigt noch ein anderes Ausführungsbeispiel eines elastischen Elementes,

Fig. 8 zeigt eine Vorrichtung zur Verwendung in Verbindung mit einem elastischen Element zur Erzeugung einer

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Seitensteifigkeit, die geringer ist als die Längssteifigkeit für das elastische Element, und

Fig. 9 zeigt einen Blick durch ein elastisches Element, dessen Seitensteifigkeit geringer ist als seine Längssteifigkeit, entlang der Längsachse des Laufwerks, wobei das elastische Element als Auflager für eine Wiege auf dem Seitenrahmen eines dreistückigen Drehgestells dient.

Fig. 1 und 2 zeigen ein dreistückiges Drehgestell, das zwei drehende (live) Radsätze 10 aufweist, von denen jeder zwei Räder 12 besitzt, die fest an einer Achse 14 angebracht sind. Die Räder haben profilierte Laufflächen, und die Achsen 14 sind an jedem Ende in einem Lager 18 gelagert. Die Lager tragen Anpaßstücke 20, die Horizontalflansche 21 aufweisen, die die elastischen Elemente 22 tragen, und diese tragen wiederum die Seitenrahmen 16. Auf den Seitenrahmen 16 ist über Schraubenfedern 26 eine Wiege 24 federnd abgestützt. Auf der Wiege ist zentrisch eine herkömmliche Lochplatte 25 angebracht, auf der der Oberbau oder der Wagenkasten gelenkig auf dem Drehgestell aufliegt.

Die Radsätze 10 sind miteinander derart verbunden, daß ihre Dreh- oder Gierbewegungen gegensinnig durch Anker gekoppelt sind. Die Anker 28 verlaufen diagonal zu dem Drehgestell und sind mit ihren Enden an Ansätzen 30 angelenkt, die an den Anpaßstücken 20 befestigt sind. Die Ansätze 30 an jedem Radsatz sind durch eine Stange 32 verbunden, so daß an jedem Radsatz ein Unterrahmen gebildet wird.

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Ein elastisches Element 22 ist detaillierter in Fig. 3 abgebildet. Es besteht aus einer Sandwich-Struktur aus Metallplatten 36 und Gummischichten 38, die einander abwechseln und einen langgestreckten Block bilden. An der Oberseite und der Unterseite der Sandwich-Struktur sind zylindrische Segmente 40 befestigt, die eine Bogenflache 42 und eine ebene Fläche 44 aufweisen. Die ebene Fläche wird mit dem Gummi-Sandwich verbunden. Die Achse des zylindrischen Segmentes 40 ist parallel zu der in Fig. 2 mit A bezeichneten Längsachse des Fahrwerks ausgerichtet. Die Segmente 40 können aus Metall oder einem elastischen Material bestehen. Die längliche Form des Verbundteiles oder Sandwich-Blocks bewirkt, daß seine Seitensteifigkeit geringer ist als seine Längssteifigkeit, und dies wird ferner durch die Segmente 40 modifiziert.

Die elastischen Elemente 22 haben eine Längssteifigkeit, die zusammen mit dem Laufflächenprofil der Räder bewirkt, daß bei dem System, in welchem das Drehgestell benutzt werden soll, jeder Radsatz in den Kurven im wesentlichen selbststeuernd ist.

Die DT-OS 2 356 267 beschreibt die Beziehung zwischen Längssteifigkeit und dem Radlaufflächenprofil, die erforderlich ist, um die Selbststeuereigenschaften zu erhalten. Die entsprechenden Erörterungen seien hiermit ausdrücklich zum Gegenstand der vorliegenden Beschreibung gemacht. Es hat sich herausgestellt, daß eine Seitensteifigkeit für jedes Element 22, die etwa einem Drittel bis der Hälfte der Längssteifigkeit entspricht, die Pendelinstabilitäten des Wagenkastens wirksam stabilisiert. Bei der in den Zeichnungen dargestellten Konstruktion können die Elemente

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22 um eine parallel zur Längsachse des Drehgestells verlaufende Achse herum schwingen. Versuche haben erwiesen, daß hierdurch die Pendelstabilxtät des Wagenkörpers weiter verbessert wird.

Fig. 4 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines vierrädrigen Wagens mit einem Wagenkasten 50 zur Aufnahme der Last. Der Wagenkasten wird unmittelbar von den Radsätzen 10 über Lager 18 an Paßstücke 20 und elastische Elemente 22 in der oben erläuterten Form getragen. An dem Wagenkasten 50 ist ein brückenförmiges Stützteil angebracht, mit dem der Wagenkasten auf den elastischen Elementen 22 aufliegt. Die Radsätze sind untereinander durch Anker 28 verbunden, um ihre Gierbewegungen gegensinnig zu koppeln.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele elastischer Elemente 22, die gegenüber den bekannten elastischen Elementen so abgeändert sind, daß ihre Seitensteifigkeit geringer ist als die Längsstexfigkeit. Aus Gründen der Einfachheit ist bei allen Ausführungsformen das Element 22 zwischen einem Flansch 21 eines Anpaßstückes 20 und einem Teil eines Seitenrahmens 16 eines Drehgestells dargestellt.

In Fig. 5 sind jeweils Segmente 60 eines Rundzylinders an dem Flansch 21 und an dem Seitenrahmen 16 befestigt, wobei ihre gekrümmten Flächen jeweils von dem Befestigungsteil fortweisen. Diese gekrümmten Außenflächen stoßen gegen ebene Endplatten 62, die mit einem sandwichartigen elastischen Verbundteil 23 verbunden sind.

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In Pig. 6 ist ein elastisches Element 22 der in Fig. 3 gezeigten Art dargestellt, das ein elastomeres Sandwich-Element 23 mit Rundzylindersegmenten 60 an der Oberseite und der Unterseite aufweist. Die Teile 64, die konkave Zylinderflächen 66 aufweisen, sind an dem Flansch 21 bzw. dem Seitenrahmen 16 befestigt. Die Radien der Flächen 66 sind größer als die Radien der Segmente 60.

Fig. 7 zeigt eine Anordnung, die weitgehend derjenigen der Fig. 6 gleicht, wobei jedoch die Segmente 60 und die Teile 64 gegeneinander ausgetauscht sind.

Fig. 8 zeigt eine Vorrichtung, die derjenigen der Fig. 6 entspricht, wobei jedoch zwischen zwei Zylindersegmenten 60 kein elastisches Element 23 vorhanden ist. Die Segmente 60 bestehen stattdessen aus einem festen Metallkörper. Diese Vorrichtung wird in Verbindung mit einem elastomeren Element oder einem anderen elastischen Element, z.B. einer Schraubenfeder, die über oder unter ihm angeordnet ist, verwandt, um seine Seitenstexfigkeit zu verringern.

Fig. 9 zeigt, wie die Schraubenfedern 26,mit denen die Wiege 24 auf dem Seitenrahmen 16 montiert ist, verändert worden sind, damit ihre Seitenstexfigkeit geringer ist als ihre Längssteifigkeit. In diesem Falle ist eine Platte 68 mit konkaver Oberfläche zu beiden Enden der Schraubenfedern 26 vorgesehen. Die Platten 68 überspannen die beiden Schraubenfedern. An der Wiege 24 und am Seitenrahmen 16 sind Zylindersegmente 70 angebracht, die in den konkaven Mulden der Platten 68 sitzen.

Bei einigen Schienenfahrzeugen, wie Personenwagen, ist

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der Wagenkasten federnd auf der Wiege 24 eines Drehgestells angebracht. In diesem Falle können diese elastischen Elemente so ausgebildet werden, daß sie eine geringere Seitensteifigkeit als Längssteifigkeit aufweisen, wie oben erörtert wurde.

Die in den Fig. 3 und 5 bis 9 dargestellten Ausführungsbeispiele stellen lediglich typische Ausfuhrungsformen von elastischen Elementen dar, die zur Erzielung einer Seitensteifigkeit, die geringer ist als die Längssteifigkeit, in einem Schienenfahrzeug benutzt werden können. Es gibt zahlreiche andere Varianten und Vereinfachungen,'die gegebenenfalls von Fall zu Fall eingesetzt werden können. Beispielsweise kann ein zylindrisches Element lediglich an der oberen oder der unteren Fläche der elastischen Elemente eingesetzt werden. Ferner ist es möglich, die Anordnung der Zylindersegmente und der Mulden untereinander zu vertauschen, ohne die Gesamtwirkung zu beeinträchtigen.

Der Betrag, um den die Zylinderelemente die Seitensteifigkeit eines elastischen Elementes verringern, hängt von dem Krümmungsradius des Zylinders und, sofern eine zylindrische Mulde verwendet wird, von deren Krümmungsradius ab. Mulde bzw. Zylinder haben eine umso geringere Wirkung, je größer der Krümmungsradius ist und die Wirkung ist umso größer, wenn der Krümmungsradius klein ist. Der Grenzfall eines großen Radius liegt vor, wenn der Radius unendlich ist. In diesem Falle ist das Segment flach und hat überhaupt keine Wirkung. Die zylindrische Konkavität verringert die Wirkung des Radius des Segmentes. Auf diese Weise kann man durch Auswahl der richtigen Radien jede gewünschte Verringerung der Seitensteifigkeit erhalten. Die Radien

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der Segmente und der Konkavitäten oder Mulden müssen
nicht immer gleich sein, d.h. unter Bezugnahme auf Fig. sieht man beispielsweise, daß die Radien R1 und R2 unterschiedlich und die Radien R3 und R4 unterschiedlich sein können.

Die Zylindersegmente 60 können sich in der dargestellten Weise seitlich frei bewegen. Diese Segmente sind jedoch fest, so daß sie in Längsrichtung nicht gleiten können. Es ist sehr wichtig, ein Gleiten der elastischen Elemente in Längsrichtung zu unterbinden, damit die elastischen Elemente in dieser Richtung wirksam sind. Um zu verhindern, daß die Segmente 60 gleiten, können Flansche oder Anschläge verwendet werden, deren Konstruktion keine Schwierigkeit verursacht und die daher nicht dargestellt sind.

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Claims

Ansprüche

1.^:Laufwerk für Schienenfahrzeuge, mit mindestens zwei Rad- \^/ sätzen, von denen jeder zwei Räder aufweist, die an einer gemeinsamen Achse angebracht und so montiert sind, daß sie Gierbewegungen und Seitenbewegungen durchführen können, mit einer Verbindungseinrichtung, welche die Radsätze derart untereinander verbindet, daß seitliche Bewegungen des einen Radsatzes gegensinnig auf den anderen Radsatz übertragen werden, und mit elastischen Elementen, mit denen die Last auf den Radsatz übertragen wird, nach Patent ... (Patentanmeldung P 23 56 267.6), dadurch gekennzeichnet , daß mindestens eines der elastischen Elemente (23) eine Seitensteifigkeit in Richtung quer zur Längsachse des Laufwerks aufweist, die geringer ist als die Seitensteifigkeit in Richtung parallel zur Längsachse (A).

2. Laufwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Elemente (23), deren Seitensteifigkeit geringer ist als ihre Längssteifigkeit, zwischen den an den Achsen montierten Lagern (18) eines jeden Radsatzes und einem lasttragenden Teil (16) angeordnet sind, das von den Lagern (18) getragen wird.

3. Laufwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der lasttragenden Teile (16, 20) auf den Radsätzen abgestützt ist und mindestens ein weiteres lasttragendes Teil (16) über die elastischen Elemente mit dem ersten lasttragenden Teil (20) verbunden ist.

4. Laufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge-

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kennzeichnet, daß die elastischen Elemente mit geringerer Seitensteifigkeit als Längssteifigkeit derart ausgebildet sind, daß sie in zwei rechtwinklig zueinander verlaufenden Richtungen unterschiedliche Steifigkeiten aufweisen.

5. Laufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der elastischen Elemente (23) ein elastisches Teil (38) aufweist, das seitlich und in Längsrichtung des Laufwerks elastisch ist und ein zylindrisches Segment (40) mit gebogener Oberfläche, das vertikal über oder unter dem elastischen Element angeordnet ist, und dessen Achse parallel zur Längsachse (A) verläuft.

6. Laufwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gebogene Oberfläche des zylindrischen Elementes (60) dem federnden Teil zugewandt ist.

7. Laufwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gebogene Fläche des zylindrischen Segmentes (40) von dem federnden Element (38) abgewandt ist.

8. Laufwerk nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gebogene Fläche des zylindrischen Segmentes (60) an einer ebenen Fläche anliegt.

9. Laufwerk nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gebogene Fläche des zylindrischen Elementes (60) gegen eine konkave zylindrische Fläche (64), deren Radius (R₃, R.)größer ist als der Krümmungsradius(R*, R~}der gebogenen Fläche (60), wobei die Achse der zylindrischen Fläche parallel zur Längsachse (A) verläuft.

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10. Laufwerk nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß über und unter den federnden Teilen zylindrische Segmente (40, 64) angeordnet sind.

11. Laufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitensteifigkeit des elastischen Elementes im Bereich von 25 % bis 70 % der Längssteifigkeit
dieses Elementes liegt.

12. Laufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitensteifigkeit des elastischen Elementes im Bereich von 33 1/3 % bis 50 % der Längssteifigkeit
dieses Elementes liegt.

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