DE3048515C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Radsatzan­ lenkung für Schienenfahrzeuge, bei denen jedes Achslagerge­ häuse in Fahrzeuglängsrichtung beidseitig Tragarme aufweist und sich zwischen diesen Tragarmen und dem Drehgestellrahmen bzw. dem Wagenkasten Federn der Primärfederung befinden.

Bei der Bestimmung der vertikalen Steifigkeit der Primärfede­ rung eines Schienenfahrzeuges ist die Eigenbiegefrequenz in senkrechter Richtung des Wagenkastens zu beachten. So ist bei­ spielsweise bei einem Drehgestellfahrzeug die Steifigkeit so auszulegen, daß die Tauch- und Nickfrequenz des Drehgestell­ rahmens 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-Rich­ tung, so gilt für die Anlenkung der Radsätze: es ist grund­ sätzlich vorteilhaft, in x-Richtung eine möglichst weiche An­ kopplung der Radsätze an den Drehgestellrahmen bzw. an 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, ins­ besondere jedoch von der x-Steifigkeit der Radsatzanlenkung abhängt, ab welcher Fahrgeschwindigkeit der Radsatzlauf des Fahrzeuges instabil wird. Ein instabiler Radsatzlauf muß aus Sicherheitsgründen vermieden werden.

Es ist ferner aus Erfahrung bekannt, daß bei gleicher x-Elastizität ein Drehgestellfahrzeug mit niedriger Achslast und mit kleinem Achsabstand bei wesentlich niedrigerer Fahrge­ schwindigkeit bereits instabiler läuft als ein Fahrzeug mit großer Achslast und großem Achsabstand.

Vielfach werden nun für die genannten Fahrzeuge gleiche Fahrgeschwindigkeiten gefordert, die das schwerere Fahr­ zeug noch erreicht, ohne instabilen Radsatzlauf zu zeigen. Damit das leichtere Fahrzeug die gleiche Fahrgeschwindigkeit erreicht, ohne daß instabiler Radsatzlauf eintritt, muß bei dem leichteren Fahrzeug die x-Steifigkeit der Radsatzanlenkung auf Kosten der radialen Einstellung der Radsätze entsprechend erhöht werden, 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 ver­ sehen, wobei für die Mehrzahl der Fahrzeuge, nämlich für alle Fahrzeuge, die meistens mit relativ niedrigen Fahrgeschwin­ digkeiten verkehren, der größere Rad- und Schienenverschleiß in Kauf genommen werden müßte.

Deshalb wäre es wünschenswert, eine Radsatzanlenkung vor­ zusehen, deren x-Elastizität in einem breiten Spektrum varia­ bel ausgeführt werden kann, wobei es besonders vorteilhaft wäre, wenn ohne Beeinflussung der vertikalen Primärfederung und ohne Eingriff 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 17 55 875 eine Radsatzanlenkung bekannt, bei der die Primärfederung vertikal hart ist, und die Forderung bezüglich der Variation der x-Steifigkeit bei gleichem Dreh­ gestellrahmen 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.

Dieser bekannten Anlenkung haftet darüber hinaus der Nach­ teil an, daß schon bei der Herstellung aufwendige maschinelle Bearbeitungen an den Lagerstellen der Drehgestellrahmen bzw. des Wagenkastens erforderlich sind, und daß zum Ein- und Ausbau der Radsätze eine Vielzahl von Schrauben- und/oder Bolzenverbindungen montiert bzw. gelöst werden müssen.

Von den bekannten weichen Primärfederungen kommen dem Gegen­ stand des Patents 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 ihrer x-Steifigkeit, wenn keine wesentlichen Änderungen am Drehgestellrahmen vor­ genommen 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 um­ gehenden Teile des Drehgestellrahmens bzw. des Wagenkastens.

Die einander widersprechenden Forderungen sollen bei dem Drehgestell nach der Erfindung unter Beseitigung der oben genannten Herstellungs- und Montagenach­ teile erfüllt werden. Zur Lösung der Aufgabe dienen die im Kennzeichen­ teil des Patentanspruches 1 genannten Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprü­ chen zu entnehmen.

Durch die 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 Federelement, das dem Drehgestellrahmen eine Tauch- und Nickfrequenz verleiht, die niedriger ist als die vertikale Einbiegefrequenz des Wagenkastens. Dieses Federelement kann, wie in den Unter­ ansprüchen 2 bzw. 3 angegeben, eine Schraubenfeder, eine Elastomerfeder oder eine Gasfeder sein.
• b) Dadurch, daß dem unter a) genannten Federelement ein Feder­ element gegenüberliegt, dessen horizontale Federeigen­ schaften veränderbar sind und das gegen andere Federelemen­ te mit anderen horizontalen Federeigenschaften austausch­ bar ist, wird eine weitgehende Anpaßbarkeit an die Rad­ satzanlenkung erzielt. Insbesondere können die Federele­ mente bezüglich des Einbaues gleich gestaltet sein. Die Federkonstanten dieser Federelemente können in x-Richtung in einem Bereich von 2000 N/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-Kräften resultierenden Verkantungsmomente aufgehoben oder auf 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 senk­ rechter 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) Für besondere Fälle, zum Beispiel für Fahrzeuge mit Fahr­ geschwindigkeiten über 250 km/h, bei denen 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 Gasfeder und einer elastischen Feder kombinierte Feder sein.

Bei der zweiten auf ihre horizontalen Federeigenschaften aus­ gelegten Feder, die in senkrechter Richtung hart sein kann, kann es sich um eine Feder handeln, wie sie als solche durch die DE-OS 17 55 875 bekannt ist. Die übereinanderliegenden nichtebenen Flächen können dabei die in den Patentansprüchen 4 bis 6 genannten Kennzeichen aufweisen.

Ausführungsbeispiele von Achsanlenkungen nach der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Ausführungsform der Primärfederung mit einer Schraubenfeder als weiche Feder,

Fig. 2 eine Ausführungsform mit einer Kombination aus einer Gasfeder und einer Elastomerfeder als weiche Feder und

Fig. 3 eine Ausführungsform ähnlich 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 Fahrzeug­ längsrichtung liegen. Der Drehgestellrahmen 9 bzw. der Wagen­ kasten stützt sich auf dem Tragarm 2 über die Schraubenfeder 4 ab, auf dem Tragarm 3 über die Elastomerfeder 5. Diese Elasto­ merfeder 5 besteht, wie dargestellt, aus zwei Metallteilen 6 und 7, zwischen denen sich eine Elastomerschicht 8 befindet. Die Flächen 6 a, 6 b und 7 a, 7 b 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 senkrech­ ten Achse des Zapfens 11, durch den die Feder mit dem Drehge­ stellrahmen bzw. dem Wagenkasten verbunden ist, zusammenfällt.

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 Schrauben­ feder 4 in senkrechter Richtung größere Bewegungen zu, ergibt also eine insgesamt weichere Primärfederung, wobei beim Ein­ federn der Feder 4 das Achslagergehäuse 1 eine Schwenkbewe­ gung ausführt, bei der die Feder 5 als Gelenk wirkt. Die Gelenkachse liegt in y-Richtung und somit liegen die Elasto­ merschichten 8 parallel zur Gelenkachse und werden beim Ein­ federn der in senkrechter Richtung weichen Feder 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 Ein­ baumaßen, ersetzt werden kann. Einstellarbeiten sind also bei der Fertigung oder beim Austausch einer Feder nicht er­ forderlich, was fertigungstechnisch besonders vorteilhaft ist. Um Bautoleranzen in Querrichtung zwischen dem Radsatz und dem Achslagergehäuse auszugleichen, können die Zapfen, wie durch die DE-PS 21 58 357 bekannt, in Fahrzeuglängsrichtung gegen­ einander versetzt angeordnet sein. Zur Dämpfung von Schwin­ gungen 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 senk­ rechter Richtung weiche Feder 4 ist in diesem Fall eine Feder, die die Kombination einer elastischen und einer Gas­ feder ist, wobei die Druckräume der Gasfeder mit den Druck­ räumen 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 elasti­ sche Ring 15 wirkt 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 eingereichten Patent­ anmeldung 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, wobei jedoch zusätzlich das Achslagergehäuse 1 mit dem Drehgestell­ rahmen 9 durch einen in Fahrzeuglängsrichtung liegenden Achs­ lenker 19 verbunden ist, der bei 20 gelenkig am Achslagerge­ häuse, bei 21 gelenkig am Drehgestellrahmen angeordnet ist. Zur Geräuschdämpfung können diese gelenkigen Verbindungen als Gummimetallverbindungen ausgeführt sein.

Claims (9)

1. Radsatzanlenkung für Schienenfahrzeuge, bei denen jedes Achslagergehäuse in Fahrzeuglängsrichtung beidseitig Tragarme aufweist, und sich zwischen diesen Trag­ armen und dem Drehgestellrahmen bzw. dem Wagenkasten Federn der Primärfederung befinden, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die eine Feder eine in senkrechter Richtung weiche Feder (Schrauben­ feder 4) ist;
• b) die andere Feder eine auf ihre horizontalen Federeigen­ schaften ausgelegte Feder (Elastomerfeder 5) ist, die

aus zwei übereinanderliegenden nichtebenen Flächen (Metall­ teile 6 und 7) besteht, zwischen denen sich eine Schicht aus elastomerem Material (Elastomerschicht 8) befindet und die Verlängerungen der Abschnitte der nichtebenen Flächen (6 a und 6 b bzw. 7 a und 7 b) bzw. die Tangenten an diese Abschnitte sich oberhalb oder unterhalb der auf ihre horizontalen Eigenschaften ausgelegten Feder (5) in einem Punkt der Federachse bzw. einer Linie, die durch die Federachse geht, schneiden.

2. Radsatzanlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in senkrechter Richtung weiche Federung eine elastomere Feder oder eine Schrauben­ feder (4) ist.

3. Radsatzanlenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in senkrechter Richtung weiche Federung eine Gasfeder oder eine Kom­ bination aus einer Gasfeder und einer elastomeren Feder ist.

4. Radsatzanlenkung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtebenen Flächen Metallteile 6 und dachförmig gegeneinander geneigte Flächen sind, deren Schnittlinie quer, längs oder in einem Winkel, zur Fahrtrichtung liegt.

5. Radsatzanlenkung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtebenen Flächen zylindrisch gekrümmte Flächen sind, wobei die Zylinderachse quer, längs oder in einem Winkel, zur Fahrtrichtung liegt.

6. 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. Radsatzanlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Federn (4 und 5) die gleiche oder annähernd gleiche Querelastizität besitzen.

8. Radsatzanlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Achslagergehäuse (1) mit dem Drehgestellrahmen bzw. mit dem Wagenkasten (9) zusätzlich durch einen in Fahrzeuglängsrichtung liegenden Achslenker (19) verbunden ist.