DE2923292A1

DE2923292A1 - Fahrzeug-achsaufhaengung

Info

Publication number: DE2923292A1
Application number: DE19792923292
Authority: DE
Inventors: Reginald Harrison
Original assignee: Dunlop Ltd
Current assignee: Dunlop Ltd
Priority date: 1978-06-10
Filing date: 1979-06-08
Publication date: 1979-12-20
Also published as: GB2023523A; FR2427921B1; CA1099752A; GB2023523B; JPS554284A; ZA792750B; FR2427921A1; JPS63265B2; DE2923292C2; SE7905028L; US4282816A; SE443752B

Description

Fahrzeug - Achsaufhängung

Me Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen an oder in Verbindung mit Fahrzeug-Achsaufhängungen und betrifft insbesondere, jedoch nicht ausschliesslich, Achsaufhängungen für Schienenfahrzeuge .

Die Notwendigkeit für Fahrzeug-Achsaufhängungen einen ausreichenden Widerstand gegen Druck-und Zugkräfte in Längsrichtung des Fahrzeugs zu schaffen, begrenzen zwangsläufig das Minimum der zulässigen Längssteifigkeit der elastischen Elemente der Aufhängung.

Dies begründet ein Problem bei der Konstruktion von Achsaufhängungen für Schienenfahrzeuge, bei denen die Achsen zwei oder mehr daran befestigte Räder tragen, die auf festliegenden Schienen ablaufen. Damit das Fahrzeug einen gekrümmten Gleisabschnitt ohne Auftreten eines unerwünschten Radschlupfes durchfahren kann, ist es erforderlich, dass die Teile der Aufhängung in Längsrichtung so federnd nachgeben können, dass sie eine Schwenkbewegung der Achsen und radiale Selbstausrichtung auf den Mittelpunkt der Gleiskrümmung ermöglichen.

Jeder Kompromiss zwischen diesen sich entgegenstehenden Notwendigkeiten ist beeinflusst durch die Verzögerungs- und Zugerfordernisse, welche vorrangig sind. Deshalb wird bei üblichen Schienenfahrzeugen häufig, insbesondere bei engen Kurven, ein Radschlupf in Kauf genommen.

Gemäss der Erfindung besteht eine Fahrzeug-Achsaufhängung aus einer an jedem Ende durch ein entsprechendes Achslagergehäuse abgestützten Achse, wobei entsprechende Federanordnungen zwischen jedem Achslagergehäuse und dem zugeordneten starren Fahrzeugrahmen wirken, und jede Federanordnung aus einem Paar von Federeinheiten besteht, die je eine an jeder Seite der

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Achse in Bewegungsrichtung des Fahrzeuges angeordnet sind, und wobei jede Federeinheit aus einer Anzahl von Schichten eines elastomeren Materials, unter Zwischenlage von Yerstärkungselementen besteht, und die Lagen aus elastomerem Material in jeder Federeinheit in Ebenen liegen, die in einem Winkel sowohl gegen die normale Bewegungsrichtung, als auch gegen die Längsrichtung der Achse so geneigt sind, dass der effektive Federmittelpunkt jeder Feder in Längsrichtung der Achse verschoben ist und an einem Punkt zwischen der Mitte der Achse und dem zugeordneten Achslagergehäuse angreift.

Die Steifigkeit gegen Verschwenken ist proportional nicht nur zur Längssteifigkeit der Aufhängung, sondern auch zu dem Quadrat des Arbeitsradius der Aufhängung bei Schwenkbedingungen·

Die Aufhängung gemäss der Erfindung bewirkt eine Verminderung der Schwenksteifigkeit durch Anordnung des effektiven Federmittelpunktes der an jedem Ende der Achse angeordneten Federanordnung derart, dass er an einem Punkt zwischen der Achsmitte und dem Achslagergehäuse angreift, an welchem die Federanordnung angebracht ist. Dadurch wird der Arbeitsradius der Aufhängung bei Schwenkbelastung, der gleich dem Abstand zwischen der Achsmitte und dem tatsächlichen Federmittelpunkt ist, im Vergleich zu üblichen Aufhängungen vermindert, bei denen der tatsächliche Federmittelpunkt üblicherweise am Achslagergehäuse angreift.

Es wurde festgestellt, dass der effektive Federmittelpunkt auf die Achsmitte zu verschoben werden kann, um eine verminderte Schwenksteifigkeit zu erreichen, ohne die Längssteifigkeit wesentlich zu ändern. Dadurch kann der Radschlupf im wesentlichen vermieden werden, auch wenn das Fahrzeug extrem enge Kurven durchläuft, ohne den Widerstand gegen Verzegerungs- oder Zugkräfte auf unzulässige Werte zu vermindern.

Vorzugsweise liegen die Lagen von elastomerem Material in jeder

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Federanordnung in Ebenen, die zusätzlich gegen die normale Vertikalrichtung in einem Winkel liegen, d.h.«, einer Richtung rechtwinklig zur normalen Bewegungsrichtung ur^der Längsrichtung der Achse, wobei die Ermüdungs-Lebensdauer der Federeinheit unter Vertikallast verbessert wird.

Jede Federeinheit kann aus einem im wesentlichen rechtwinkligen Block aus Kautschukschichten bestehen, zwischen denen starre Metallplatten eingelegt und mit diesen verbunden sind, jedoch besteht vorzugsweise jede Federeinheit aus zwei derartigen Blocks, die Rücken an Rücken so angeordnet sind, dass sie eine in Seitenansicht V-förmige Federeinheit bilden. Die Blocks

einer:V-förmigen Federeinheit können fluchtend oder versetzt gegeneinander, z.B. abgestuft angeordnet sein.

Vorzügsweise ist jede Federeinheit so angeordnet, dass die resultierende Zompressionssteifigkeit der Federeinheit die Achse an einem Punkt axial innerhalb des zugeordneten Radlagergehäuses schneidet und einen Winkel zur Längsrichtung der Achse bildet, vorzugsweise einen Winkel im Bereich von 15° - 75°·

Die Kompressionssteifigkeit jeder Federeinheit ist grosser als die Schersteifigkeitβ Vorzugsweise ist das Verhältnis von Kompressionssteifigkeit zu Schersteifigkeit wenigstens 2 ; 1, vorzugsweise 20il.

Vorzugsweise trägt die Achse ein entsprechend festliegendes Rad im Bereich jedes Ende der Achse. Vorzugsweise ist jedes festliegende Rad axial innerhalb des angrenzenden Achslagergehäuses angebracht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Draufsicht auf eine Hälfte einer Achs-, aufhängung für Schienenfahrzeuge,

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Fig* 2 eine Seitenansicht einer der Federeinheiten der in Fig. 1 gezeigten Aufhängung, und

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Hälfte einer zweiten Achsaufhängung für Schienenfahrzeuge.

Die in Fig. 1 und 3 dargestellten Fahrzeug-Achsaufhängungen liegen symmetrisch zur Achsmitte 10, Die folgende Beschreibung ist daher nur auf eine Hälfte jeder Aufhängung beschränkt, wobei selbstverständlich die andere Hälfte gleich der beschriebenen ist.

In Figo 1 und 2 ist eine Hälfte einer Achse 11, die mit ihrem äusseren Ende drehbar in einem Achslagergehäuse 12 gegen einen nicht dargestellten Fahrzeugrahmen gelagert ist, und eine Federanordnung 13 dargestellt, die zwischen dem Achslagergehäuse 12 und dem Fahrzeugrahmen wirkt. Ein auf der Achse 11 sitzendes Rad 14 ist innerhalb des Achslagergehäuses 12 angeordnet und mit einem Profil zum Ablaufen auf einer nicht dargestell-ten Schiene versehene

Die Federanordnung 13 besteht aus zwei gleichen Federeinheiten 15, die je eine an jeder Seite der Achse 11 in Richtung der normalen Bewegung des Fahrzeugs liegen und so angeordnet sind, dass sie im wesentlichen in der gleichen horizontalen Ebene wie die Achse 11 liegen.

Jede Federeinheit 15 ist in Seitenansicht V-förmig (Fig. 2) und besteht aus zwei fluchtenden Federblocks 16, die Rücken an Rücken angeordnet sind. Jeder Block 16 besteht aus drei Kautschuklagen 16a mit gleicher Dicke, zwischen denen zwei Metallplatten 16b eingelegt und mit diesen verbunden sind. Aufeinander folgende Kautschuklagen 16a in jedem Block sind in unbelastetem Zustand der Federeinheit gestaffelt angeordnet. Die äusseren Kautschuklagen jedes Blocks 16 sind mit den dagegen anliegenden Flächen eines mittleren keilförmigen Teils 17 und einem äusseren Teil 18 mit trogförmigem Querschnitt verbunden.

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Die Teile 17 und 18 sind an dem Achslagergehäuse 12 "bzw. dem Fahrzeugrahmen befestigt.

Die Federeinheiten 15 sind symmetrisch zu einer vertikalen zur Längsrichtung der Achse parallelen Längsebene angeordnet, so dass die Kautschuklagen 16a in Ebenen liegen, die sowohl zur Richtung der Normalbewegung des Fahrzeugs, als auch zur Längsrichtung der Achse in einem Winkel liegen. Die Resultierende der Kompressionssteifigkeit Ky jeder Federeinheit 15 schneidet die Achse 11 an einem axial innerhalb des Achslagergehäuses 12 liegenden Punkt 19 und in einem Winkel 0 gegen die Längsrichtung der Achse 11. Die resultierende Kompressionssteifigkeit Ky jeder Federeinheit ist grosser als die resultierende

Schersteifigkeit Kx.

Deshalb ist der effektive Federmittelpunkt der Federanordnung 15 entlang der Längsrichtung der Achse verschoben und greift an einem Punkt 20 zwischen der Achsmitte 10 und dem Achslagergehäuse 12 an. Der Abstand Ry von der Achsmitte 10 zu dem effektiven Federmittelpunkt entspricht dem effektiven Arbeitsradius der Aufhängung unter Schwenkbelastung (Pfeil yaw).

Die Erfindung betrifft also eine Fahrzeugaufhängung mit einer Achse 11, die an jedem Ende durch entsprechende Achslagergehäuse 12 abgestützt ist und mit entsprechenden Federeinheiten 13, die zwischen jedem Achslagergehäuse 12 und dem zugeordnetem starren Fahrzeugrahmen wirken.

Die Federanordnung 13 hat einen effektiven Federmittelpunkt, der an einem Punkt 20 zwischen der Achsmitte 10 und dem zugeordnetem Achslagergehäuse 12 so angreift, dass der Arbeitsradius Ry der Aufhängung bei einer Schwenkbelastung gegenüber üblichen Aufhängungen, bei welchen der effektive Federmittelpunkt am Achslagergehäuse angreift, vermindert ist.

Die Schwenksteifigkeit der Aufhängung wird dadurch vermindert, und es wird möglich, dass die Achse sich radial selbst ausrich-

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tet, wenn das Fahrzeug enge Kurven durchläuft und ein Radschlupf wird vermieden. ·

Die Federanordnungen 13 bestehen aus einem Paar Federeinheiten 15, deren eine an jeder Seite der Achse 11 angeordnet ist und jede Federeinheit besteht aus Lagen 16a aus elastomeren Material, zwischen denen "Versteifungselemente 16b eingebettet sind.

In Fig. 3 ist eine Hälfte einer Aufhängung dargestellt, die im wesentlichen gleich der vorstehend in Verbindung mit Fig. 1 und 2 beschriebenen ist, mit Ausnahme, dass die Federanordnung 30 aus einem Paar von Federeinheiten 38 mit abgewandelter Konstruktion besteht. Gleiche Bezugszeichen sind zur Bezeichnung einander entsprechender Teile verwendet.

Jede Federeinheit 38 besteht aus gleichen Blocks 31, 32, die Rücken an Rücken, jedoch seitlich versetzt gegeneinander angeordnet, deh. in Seitenansicht in V-Form gestaffelt sind. Die Blocks 31, 32 haben die gleiche Konstruktion wie die vorstehend beschriebenen Blocks 16, d.h. sie bestehen aus Kautschuklagen, zwischen denen im wesentlichen starre Metallplatten eingelegt und mit diesen verbunden sind. Die äusseren Kautschuklagen jedes Blocks 31, 32 sind mit den anliegenden Flächen eines am Achslagergehäuse 12 befestigten keilförmigen Teils 33 bzw. einem entsprechenden, am Fahrzeugrahmen befestigten, nicht dargestellten Widerlager befestigt«

Die Federeinheiten 38 sind symmetrisch zu einer vertikalen Ebene angeordnet, die parallel zur Längsrichtung der Achse 11 verläuft, so dass die Kautschuklagen in Ebenen liegen, die sowohl zur Richtung der Normalbewegung des Fahrzeugs, als auch zur Längsrichtung der Achse in einem Winkel liegen.

Die Kompressionssteifigkeit Ky1, Ky2 der Blocks 31 bzw. 32 jeder Federeinheit schneiden die Achse 11 an Punkten 35 bzw.36 und liegen in einem Winkel 0 zur Längsrichtung der Achse. Die Kompressionssteifigkeit Ky1, Ky2 der Blocks 31 bzw. 32 ist

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grosser als die Schersteifigkeit Kx1, Κχ2.

Deshalb ist der effektive Federmittelpunkt der Federanordnung 13 längs der Achse verschoben und greift an einem Punkt 37 zwischen der Achsmitte 10 und dem Achslagergehäuse 12 an.

In jeder der oben beschriebenen Aufhängungen wird eine Verminderung der Schwenksteifigkeit in Richtung der Bogenpfeile yaw in Mg. 1 und 3 durch eine solche Anordnung des effektiven Federmittelpunktes der federanordnung 13, 30 erreicht, dass er an Punkten 20, 37 angreift, die vom Achslagergehäuse 12 auf die Achsmitte 10 zu verschoben sind.

Es wird darauf hingewiesen, dass der Winkel 0 und das Verhältnis Kempressionssteifigkeit Zy zur Schersteifigkeit Kx für die Federeinheiten 13, 30 variiert werden kann, um jeden gewünschten Arbeitsradius Ry zu erreichen.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, welche in verschiedenen Richtungen modifiziert werden können: Z.B. kann die Anzahl der die Blocks 16, 31, 32 bildenden Kautschuklagen und Metallstützplatten geändert werden, oder die Kautschukplatten können aus einem anderen geeigneten elastomeren Material hergestellt werden, und die Stützplatten können aus anderen Werkstoffen als Metall, z.B. Textilien hergestellt■sein. Die lagen aus elastomeren Material können mit den Metallplatten verbunden sein, oder sie können nicht verbunden sein und an geneigten oder profilierten Flächen der Platten angreifen. Jede Federanordnung kann aus mehr als einem Paar von Federeinheiten bestehen.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die oben beschriebenen Arten von Aufhängungen beschränkt, bei welchen die Federanordnungen direkt zwischen einem Achslagergehäuse und dem Fahrzeugrahmen wirken, sondern sie kann z.B. bei Aufhängungen der Bauart verwendet werden, bei welchen der Fahrzeugrahmen

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auf einem Drehgestell abgestützt ist, an welchem zwei oder mehr Achsen drehbar gelagert sind·

Eine Aufhängung gemäss der Erfindung hat einen Arbeitsradius unter Schwenkbelastung derart, dass die Achse sich selbst radial ausrichtet, auch wenn extrem enge Kurven durchfahren werden, ohne dass die längssteifigkeit auf einen unzulässig niederen Wert vermindert wird· Darüber hinaus wird dies ohne Änderung der bevorzugten Lage der Federanordnungen erreicht, d.h. an den Enden der Achse ausserhalb der darauf festsitzenden Räder.

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eerseit

Claims

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann - Dr. R. Koenigsberger Dlpl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-ing. F. Küngseisen - Dr. F. Zumstein jun.

PATENTANWÄLTE

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40/4/Zi Dunlop Limited, London (England)

Patentansprüche t

Fahr zeug-Achs aufhängung mit einer an jedem Ende durch ein entsprechendes Lagergehäuse abgestützten Achse, wobei entsprechende Federanordnungen zwischen jedem Achslagergehäuse und einem zugeordneten starren Fahrzeugrahmen wirken, dadurch gekennzeichnet, dass jede Federanordnung (13,30) aus einem Paar von Federeinheiten (15,38) bestehen, von denen jeweils eine an jeder Seite der Achse (11) in Bewegungsrichtung des Fahrzeugs angeordnet ist, und jede Federeinheit (15,38) eine Anzahl von Lagen eines elastomeren Materials (16a) mit zwischengelegten Verstärkungselementen (16b) aufweist, wobei die Lagen aus elastomerem Material (16a) in jeder Federeinheit in Ebenen liegen, die sowohl zur Richtung der Normalbewegung, als auch zur Längsrichtung der Achse derart in einem Winkel liegen,, dass der effektive Federmittelpunkt jeder Federanordnung (13,30) entlang der Länge der Achse verschoben ist und an einem Punkt (20,37) zwischen der Mitte (10) der Achse und dem zugeordneten Achslagergehäuse (12) angreift.

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2· Achsaufhängung nach Anspruch 1, dadurch geke. n'nzeichne t , dass

die Federeinheiten (15,38) jeder Federanordnung symmetrisch zu einer zur Achse (11) parallelen Vertikalebene angeordnet ist ο

3. Achsaufhängung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass

die Lagen aus elastomerem Material (l6a) in Ebenen liegen, die zusätzlich gegen die normale Vertikalrichtung in einem Winkel liegen.

4β Achsaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Federeinheit (15,38) aus einem rechtwinkligen Block aus Kautschuklagen (16a) besteht, zwischen die relativ starre Metallplatten (16b) eingelegt und mit diesem verbunden sind·

5. Achsaufhängung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass

jede Federeinheit (15,38) zwei Blocks (16,31,32) ein schliesst, die Rücken an Rücken so angeordnet sind, dass sie eine in der Seitenansicht V-förmige Federeinheit bilden, in welcher die Blocks (16) fluchten oder die Blocks (31,32) versetzt liegen.

6. Achsaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Resultierende der Kompressionssteifigkeit (Ky, Ky1, Ky2) jeder Federeinheit (15,38) in einem Winkel'zwischen 15 und 75 gegen die Längsrichtung der Achse geneigt ist.

7. Achsaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die resultierende Kompressionssteifigkeit (Ky, Ky1,Ky2) jeder Federeinheit (15,38) grosser als die resultierende

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Schersteifigkeit (Kx, Κχ1, Κχ2) ist.

8. A chs aufhängung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Kompressionssteifigkeit zur Schersteifigkeit wenigstens 2 : 1, vorzugsweise 20 t 1 ist.

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