DE3048515A1 - Primaerfederung und radsatzanlenkung fuer schienenfahrzeuge - Google Patents

Primaerfederung und radsatzanlenkung fuer schienenfahrzeuge

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DE3048515A1
DE3048515A1 DE19803048515 DE3048515A DE3048515A1 DE 3048515 A1 DE3048515 A1 DE 3048515A1 DE 19803048515 DE19803048515 DE 19803048515 DE 3048515 A DE3048515 A DE 3048515A DE 3048515 A1 DE3048515 A1 DE 3048515A1
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Waggonfabrik Talbot GmbH and Co KG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61FRAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F5/00Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/26Mounting or securing axle-boxes in vehicle or bogie underframes
    • B61F5/30Axle-boxes mounted for movement under spring control in vehicle or bogie underframes
    • B61F5/307Axle-boxes mounted for movement under spring control in vehicle or bogie underframes incorporating fluid springs

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Springs (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Description

  • Primärfederung und Radsatzanlenkung für
  • Schienenfahrzeuge.
  • Die Erfindung betrifft eine Primärfederung und Radsatzanlenkung für Schienenfahrzeuge, bei der jedes Achslagergehäuse in Fahrzeuglängsrichtung beidseitig Tragarme aufweist, und sich zwischen diesen Tragarmen und dem Drehgestellrahmen bzw. dem Wagenkasten Federn befinden.
  • Bei der Bestimmung der vertikalen Steifigkeit der Primärfederung eines Schienenfahrzeuges ist die Elgenbiegefrequenz in senkrechter Richtung des Wagenkastens zu beachten. So ist beispielsweise bei einem Drehgestell fahrzeug die Steifigkeit so auszulegen, daß die Tauch- und Nickfrequenz des Drehgestellrahmens oberhalb oder unterhalb der Eigenbiegefrequenz des Wagenkastens liegen.
  • Liegen die Tauch- und Nickfrequenzen des Drehgestellrahmens oberhalb der Eigendurchbiegefrequenz des Wagenkastens, so spricht man von einer harten, im umgekehrten Fall von einer weichen Primärfederung. Beide Federungsarten sind bekannt.
  • Bezeichnet man in der Horizontalebene die Fahrtrichtung als x-Richtung und die Richtung quer zur Fahrtrichtung als y-Richtung, so gilt für die Anlenkung der Radsätze: es ist çundsätzlich vorteilhaft in x-Richtung ehe möglichst weiche Ankopplung der Radsätze an den Drehgestell-rahmen bzw. den Wagenkasten vorzusehen. Bei einer x-weichen Anlenkung können sich die Radsätze in Kurven radial zum Gleisradius einstellen, wodurch die Kräfte zwischen Rad und Schiene reduziert werden, und damit auch der Verschleiß stark gemindert wird. Andererseits ist es bekannt, daß es von verschiedenen Faktoren wie zum Beispiel Achslast, Radsatzmasse und Achsabstand, insbesondere jedoch von der x-Steifigkeit der Radsatzanlenkung abhängt, ab welcher Fahrgeschwindigkeit der Radsatzlauf des Fahrzeuges instabil wrd. Ein instabiler Radsatzlauf muß aus Sicherheitsgründen vermieden werden.
  • Es ist ferner aus Erfahrung bekannt, daß bei gleicher x-lastizität ein Drehgestellfahrzeug mit niedriger Achslast und kleinem Achsabstand bei wesentlich niedrigerer Fahrgeschwindigkeit bereits instabil läuft als ein Fahrzeug mit großer Achslast und großem Achsabstand.
  • Vielfach werden nun für die genannten Fahrzeuge gleiche Fahrgeschwindigkeiten gefordert, die das schwerere Fahrzeug noch erreicht ohne instabilen Radsatzlauf zu zeigen.
  • Damit das leichtere Fahrzeug die gleiche Fahrgeschwindigkeit erreicht,ohne daß instabiler Radsatzlauf eintritt, muß bei dem leichteren Fahzeug die x-Steifigkeit der Radsatzanlenkung entsprechend erhöht werden auf Kosten der radialen Einstellung der Radsätze, d.h. unter Inkaufnahme von größerem Verschleiß an Rad und Schiene.
  • Es wäre unwirtschaftlich und deshalb für eine Bahnverwaltung nicht annehmbar, aus dieser Erkenntnis den Schluß zu ziehen, alle Fahrzeuge mit einer x-harten Radsatzanlenkung zu versehen, wobei für die Mehrzahl der Fahrzeuge nämlich für alle Fahrzeuge, die meistens mit relativ niedrigen Fahrgeschwindigkeiten verkehren, der größere Rad- und Schienenverschleiß in Kauf genommen werden m§ßte.
  • Es wäre deshalb wünschenswert, eine Radsatzanlenkung vorzusehen, deren xElastizität in einem breiten Spektrum variabel ausgeführt werden kann, wobei es besonders vorteilhaft wäre, wenn ohne Beeinflussung der vertikalen Primärfederung und ohne Eingriffe in die Ausführung des Drehgestellrahmens bzw. des Wagenkastens und ohne Änderung der Achslagergehäuse jede gewünschte x-Steifigkeit der Radsatzanlenkung erreicht werden könnte.
  • Es ist aus der DE-OS 1 755 875 eine Radsatzanlenkung bekannt, bei deritrimärfederung vertikal hart ist, und die Forderung bezüglich der Variation der x-Steifigkeit bei gleichem Drehgestellrahmen und gleichen Radsatzlagergehäusen erfüllt ist.
  • Bei dieser bekannten Radsatzanlenkung ist aber die Forderung nicht erfüllt, daß die Änderung der x-Steifigkeit erzielbar ist ohne gleichzeitig die vertikale Federung zu verändern.
  • Von den bekannten weichen Primärfederungen kommen dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung diejenigen am nächsten, bei denen das Achslagergehäuse in Fahrtrichtung auf einer Seite einen Tragarm besitzt, der die Primärfeder trägt, während die andere Seite als Achslenker mit horizontaler Schwenkachse ausgebildet ist, der in der Hauptsache aus Verschleißgründen und zwecks Körperschallisolation in einer Gummibuchse an einem Zapfen des Drehgestellrahmens bzw. des Wagenkastens gelagert ist. Diese Gummibuchsen können in ihre x-Steifigkeit, wenn keine wesentlichen Änderungen am Drehgestellrahmen vorgenommen werden sollen, nur in begrenztem Umfang, zum Beispiel durch Änderung der Härte des Gummis, gegebenenfalls noch durch Ausnehmungen im Gummi variiert werden. Größere Änderungen der x-Steifigkeit erfordern eine konstruktive Anpassung der umgehenden Teile des Drehgestellrahmens bzw. des Wagenkastens.
  • Dieser bekannten Anlenkung haftet darüber hinaus der Nachteil an, daß schon bei der Herstellung aufwendige maschinelle Bearbeitungen an den Lagerstellen der Drehgestellrahmen bzw.
  • des Wagenkasten erforderlich sind, und daß zum Ein- und Ausbau der Radsätze eine Vielzahl von Schrauben- und/oder Bolzenverbindungen montiert bzw. gelöst werden müssen.
  • Die einander widersprechenden Forderungen werden bei dem Drehgestell nach der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 genannten Merkmale erfüllt.
  • Durch diese Kombination einer in senkrechter Richtung weichen Feder mit einer, auf ihre horizontalen Federeigenschaften, ausgelegten Feder, die in senkrechter Richtung hart sein kann, wird den folgenden Anforderungen genügt: a) Die Radsatzanlenkung enthält ein Federdement, das dem Drehgestellrahmen eine Tauch- und Nickfrequenz verleiht, die niedriger ist als die vertikale Einbiegefrequenz des Wagenkastens. Dieses Federelement kann, wie in den Unteransprüchen 2 und 3 angegeben, eine Schraubenfeder, eine Elastomerfeder oder eine Gasfeder sein.
  • b) Dadurch, daß dem unter a) genannten Federelement ein Federelement gegenüberliegt, dessen brizontale Federeigenschaften veränderbar sind, und das gegen andere Federelemente mit anderen horizontalen Federeigenschaften austauschT bar ist, wird eine weitgehende Anpassbarkeit an die Radsatzanlenkung erzielt. Insbesondere können die Federelemente bezüglich des Einbaues gleich gestaltet sein. Die Federkonstanten dieser Federelemente können in x-Richtung in einem Bereich von 2.000N/mm bis 100.000 N/mm liegen.
  • c) Dem Federelement nach b) können gleichzeitig in y-Richtung solche Federeigenschaften gegeben werden, daß die auf das Achslager aus den dort wirkenden y-KrAften resultierenden Verkantungsmomente aufgehoben oder aut eine den Achslagern nicht schadende Größe reduziert werden. Daraus ergibt sich das Kennzeichen nach Unteranspruch 7.
  • d) Da die vertikale Federung von dem ersten, in senkrechter Richtung weichen Federelement übernommen wird, sind an die Federungseigenschaften des anderen Federelementes in senkrechter Richtung keine besonderen Anforderungen zu stellen.
  • e) Die Demontage der Radsätze beschränkt sich darauf, daß lediglich eine Abhebesicherung zu lösen ist, sonst aber keine Schrauben- und/oder Bolzenverbindungen gelöst werden müssen.
  • f) hir besondere Fälle, zum Beispiel für Fahrzeuge mit Fahrgeschwindigkeiten über 250 km/h, wobei eine besonders starre Anlenkung der Radsätze in x-Richtung erforderlich ist, kann wie in Anspruch 8 angegeben, ohne daß eine weitere Änderung erforderlich ist, das Achslagergehäuse durch eine starre, gegebenenfalls längeneinstellbare Anlenkstange mit dem Drehgestellrahmen bzw. mit dem Wagenkasten verbunden sein.
  • Die in senkrechter Richtung weiche Feder kann auch eine aus einer Gas feder und einer elastischen Feder kombinierte Weder sein, wie sie in der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung (Aktenzeichen ....., unsere Akte 80-10-94) beschrieben ist.
  • Bei der zweiten auf ihre horizontalen Federeigenschaften ausgelegten Feder, die in senkrechter Richtung hart sein kann, kann es sich um eine Feder handeln, wie sie als solche durch die DE-OS 1 755 875 bekannt ist. Die übereinander liegenden nichtebenen Flächen können dabei die in den Patentansprüchen 4 bis 6 genannten Kennzeichen aufweisen.
  • Ausführungsbeispiele von Primärfederungen und Achsanlenkungen nach der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine Ausführungsform der Primärfederung und Achsanlenkung mit einer Schraubenfeder als weiche Feder.
  • Fig. 2 eine Ausführungsform mit einer Kombination aus einer Gasfeder und einer Elastomerfeder als weiche Feder.
  • Fig. 3 eine Ausführungsform ähnlicn wie in Fig. 1 dargestellt, mit zusätzlichem Achslenker.
  • Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 besitzt das Achslagerge häuse 1 beidseitig zwei Tragarme 2 und 3, die in Fahrzeuglängsrichtung liegen. Der Drehgestellrahmen 9 bzw. der Wagenkasten stützt sich auf dem Tragarm 2 über die Schraubenfeder 4 ab, auf dem Tragarm 3 über die Elastomerfeder 5. Diese Elastomerfeder 5 besteht, wie dargestellt, aus zwei Metallteilen 6 und 7, zwischen denen sich ene Elastomerschicht 8 befindet.
  • Die Flächen 6a, 6b und 7a, 7b der Metallteile sind dachförmig geneigt und zwar so, daß ihre Schnittlinie die Federachse 23 schneidet und quer zur Fahrtrichtung liegt. Unter Federachse ist dabei stets die Linie zu verstehen, die mit der senkrechten Achse des Zapfens 11, durch den die Feder mit dem Drehgestellrahmen bzw. dem Wagenkasten verbunden ist, zusammentällt.
  • In diesem Fall ergibt sich eine in x-Richtung harte, in y-Richtung etwas weichere Federung. In senkrechter Richtung ist die Elastomerfeder 5 hart, dagegen läßt die Schraubenfeder 4 in senkrechter Richtung größere Bewegungen zu, ergibt also eine insgesamt weichere Primärfederung, wobei beim Einfedern der Feder 4 das Achslagergehäuse 1 eine Schwenkbewegung ausführt, bei der die Federung 5 als Gelenk wirkt. Die Gelenkachse liegt in y-Richtung und somit liegen die Elastomerflächen 8 parallel zur Gelenkachse und werden beim Einfedern der in senkrechter Richtung weichen Federung 4 nur wenig beansprucht. Die beiden Federn 4 und 5 sind durch die Zapfen 10 bzw. 11 in Aufnahmebohrungen im Drehgestellrahmen bzw. Wagenkasten geführt, so daß jede dieser Federn durch eine Feder mit anderen Federeigenschaften, aber gleichen Einbaumaßen, ersetzt werden kann. Einstellarbeiten sind also bei der Fertigung oder beim Austausch einer Feder nicht erforderlich, was fertigungstechrlisch besonders vorteilhaft ist.
  • Um Bautoleranzen in Querrichtung zwischen dem Radsatz und dem Achslagergehäuse auszugleichen, können die Zapfen, wie durch die DE-PS 2 158 357 bekannt, in Fahrzeuglängsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sein. Zur Dämpfung von Schwingungen kann ein Schwingungsdämpfer 12 vorgesehen sein.
  • Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 versehen. Die in senkrechter Richtung weiche Federung 4 ist in diesem Fall eine Feder, die die Kombination einer elastischen und einer Gasfeder ist, wobei die Druckräume der Gasfeder mit den Druckräumen der Sekundärfedern,die ebenfalls Gasfedern sind, in Verbindung stehen.
  • Diese kombinierte Feder besteht aus zwei einseitig offenen Zylindern 13 und 14, deren offene Seiten einander zugewandt sind. Die beiden Zylinder sind miteinander verbunden durch einen elastischen Ring 15, der gegebenenfalls durch einen Metallring 16 verstärkt und versteift sein kann. Der elastische Ring 15 wirt dabei als elastische Feder. Der Innenraum 17 der Feder ist nach außen luftdicht abgeschlossen, so daß die ganze Feder gleichzeitig als Gasfeder wirkt. Die Druckluft wird der Gasfeder durch eine Leitung 18 zugeleitet, wobei gemäß der bereits erwähnten gleichzeitig eir;reichten Patentanmeldung diese Leitung 18 mit den Druckräumen der sekundären Luftfedern verbunden sein kann.
  • Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das im wesentlichen der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform entspricht, wobeijedoch zusätzlich das Achslagergehäuse 1 mit dem Drehgestellrahmen 9 durch einen in Fahrzeuglängsrichtung liegenden Achslenker 19 verbunden ist, der bei 20 gelenkig am Achslagergehäuse, bei 21 gelenkig am Drehgestellrahmen angeordnet ist.
  • Zur Geräuschdämpfung können diese gelenkigen Verbindungen als Gummimetallverbindungen ausgeführt sein.
  • Leerseite

Claims (8)

  1. Patentansprüche Primärfederung und Radsatzanlenkung für Schienenfahrzeuge, bei der jedes Achslagergehäuse in Fahrzeuglängsrichtung beidseitig Tragarme aufweist, und sich zwischen diesen Tragarmen und dem Drehgestellrahmen bzw. dem Wagenkasten Ledern befinden, dadurch gekennzeichnet, daß 1. die eine Feder eine in senkrechter Richtung weiche Feder (4) ist; 2. die andere Feder eine auf ihre horizontalen Federeigenschaften ausgelegte Feder (5) ist, die 2.1 aus zwei übereinanderliegenden nichtebenen- Flächen (6,7) besteht, zwischen denen sich eine Schicht (8) aus elastomerem Material befindet und 2.2 die Verlängerungen der Abschnitte (6a, 6b, 7a, ib) der nichtebenen Flächen bzw. die Tangenten an diese Abschnitte sich oberhalb oder unterhalb der Feder (b) in einem Punkt der Federachse bzw. einer Linie, die durch die Federachse geht, schneiden.
  2. 2. Primärfederung und Radsatzanlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in senkrechter Richtung weiche Federung eine elastomere Feder oder eine Schraubenfeder (4) ist.
  3. 3. Primärfederung und Radsatzanlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in senkrechter Richtung weiche Federung eine Gasfeder (13, 14, 15) oder eine Kombination aus einer Gasfeder und einer elastomeren Feder ist.
  4. 4. Primärfederung und Radsatzanlenkung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch qekennzeichnet, daß die nichtebenen Flächen (e, 7) dachförmig gegeneinander geneigte Flächen sind, deren Schnittlinie (22) quer, längs oder in einem Winkel, zur Fahrtrichtung liegt.
  5. 5. Primärtederung und Radsatzanlenkung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtebenen Flädæn zylindrisch gekrümmte Flächen sind, wobei die Zylinderachse quer, längs oder in einem Winkel, zur Fahrtrichtung liegt.
  6. 6. Primärfederung und Radsatzanlenkung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtebenen Flächen die Mantelflächen von Rotationskörpern sind, deren Achsen mit der Federachse zusammenfallen.
  7. 7. Primärfederung und Radsatzanlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Federn (4, 5) die gleiche oder annähernd gleiche Querelastizität besitzen.
  8. 8. Primärfederung und Radsatzanlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Achslagergehäuse(1): mit dem Drehgestellrahmen bzw. dem Wagenkasten (9) zusätzlich durch einen in Fahrzeuglängsrichtung liegenden Achslenker (19) verbunden ist.
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