DE3223989C2

DE3223989C2 - Laufwerk für Schienenfahrzeuge

Info

Publication number: DE3223989C2
Application number: DE3223989A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl.-Ing. 8500 Nürnberg Buchholz; Andreas Dipl.-Ing. 8061 Schwabhausen Mielcarek
Original assignee: MAN Gutehoffnungshutte GmbH
Current assignee: Alstom Transportation Germany GmbH
Priority date: 1982-06-26
Filing date: 1982-06-26
Publication date: 1986-09-04
Also published as: FR2529153A1; GB8317362D0; SE8302848D0; SE8302848L; IT1163433B; JPS5911960A; FR2529153B1; IT8321413A0; US4676173A; CH661014A5; DE3223989A1; SE502361C2; GB2125749A; JPH0541464B2; GB2125749B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Laufwerk für Schienenfahrzeuge im höheren Geschwindigkeitsbereich. Zur Verbesserung der Laufstabilität werden die Radsatzlager (5) zusätzlich zur Anlenkung mittels Federblattlenkern (6) untereinander über einen Koppelrahmen (9) verbunden. Durch diese Maßnahme ist es möglich, die Federsteifigkeit der Radsatzführung in Längs- und/oder Querrichtung auf Werte von c ↓p < 2 10 ↑6 ↑N / ↓m zu drücken, ohne daß die Entgleisungssicherheit darunter leidet, da die Spurführung in jedem Falle vom Koppelrahmen (9) allein gewährleistet wird, welcher getrennt vom Drehgestellrahmen die Radsatzlager (5) formschlüssig verbindet. Schienenfahrzeuge mit oben geschilderter Pirmärfesselung der Radsatzlager (5) können hohe Fahrgeschwindigkeiten erzielen, ohne daß der Sinuslauf zu wechselseitigem Spurkranzkontakt und damit zu einer Beeinträchtigung des Fahrkomforts oder gar der Sicherheit führt. Ein Ausführungsbeispiel stellt Fig. 1 in Seitenansicht dar.

Description

<2 ■

aufweist

2. Laufwerk nach Anspruch: 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung als Koppelrahmen (9) aus Hohlkastenprofilen ausgebildet ist, daß dabei symmetrisch zur Längsmittelebene des Drehgestells zwei Langträger (18a und 18b) vorgesehen sind, w-lche im Bereich zwischen Drehgestellmitte und den Radsätzen du.--h zwei Querstreben (19a und 19 b) verbunden sind, und daß die Langträger (18a und \8b) kreisförmig g-Hrümmt und an ihren Enden mit den Radsätzen gekoppelt sind.

3. Laufwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Koppelrahmen (9) an seinen Ecken bzw. über die Kopfstücke der Langträger (18a bzw. 18b) unmittelbar mit den Radsatzlagern (5) gekoppelt ist

4. Laufwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Koppelrahmen (9) an seinen Eckek bzw. über die Kopfstücke der Langträger (18a bzw. iSb) an zusätzliche, die Radsatzwelle umfassende Lagergehäuse gekoppelt ist

Die Erfindung bezieht sich auf ein Laufwerk für Schienenfahrzeuge mit mindestens zwei Radsätzen, deren Radsatzlager über eine mit diesen steif verbundene Koppelungseinrichtung untereinander verbunden sind, wobei die Koppelungseinrichtung in bestimmten Bereichen eine Flexibilität aufweist und die Radsatzlager über eine Primärfederung in Längs- und/oder Querrichtung gegen einen lasttragenden Drehgestellrahmen abgefedert sind.

Es ist bekannt, bei Laufdrehgestellen zur Verbesserung des Laufverhaltens eine Koppelung der Radsätze untereinander herbeizuführen. Zu diesem Zweck wird zusätzlich zum lasttragenden Rahmen eine Koppelungseinrichtung vorgesehen, welche aus zwei separaten V-förmigen Teilen besteht, welche starr mit den Radsatzlagern verbunden sind und die in der Drehgestellmitte durch eine flexible Einheit untereinander verbunden sind. Damit ist eine klare Trennung zwischen den lasttragenden Teilen und den Elementen der Radsatzführung geschaffen. Die Primärfederung kann dabei in einem gewissen Bereich nach Gesichtspunkten der Laufgüte ausgelegt werden, da die Führung der Radsätze durch die zusätzliche Vorrichtung zur Verbindung der Radsätze untereinander übernommen wird. Die Federkonstante in Längs- und/oder Querrichtung ist eine Funktion der Federkonstanten der Primärfederung und

ίο der mit ihr in Reihe geschalteten Koppelungreinrichtung. Durch die Gummi-Metall-Verbundfeder als Primärfeder zwischen Radsatzlager und Koppelungseinrichtung einerseits und Drehgestellrahmen andererseits wird die resultierende Federkonstante dennoch sehr hoch. Eine weiche Primärfeder in Verbindung mit der "überaus weichen Verbindung der Kopplungseinrichtung durch Gummielemente in die Drehgestellmitte würde zu unkontrollierbaren Bewegungen der Radsätze untereinander führen und damit ein untragbares Risiko für den Betrieb darstellen (DE-OS 29 20 114).

Darüber hinaus ist es durch die DE-PS 29 52 181 bekannt, die Radsätze eines Drehgestelles durch einen H-förmigen Rahmen aus federnd elastischem, faserverstärktem Werkstoff untereinander zu verbinden. Der Rahmen hat allerdings neben seiner Funktion als Führungsmittel für die Radsätze auch die lasttragende Funktion zu übernehmen. Damit muß der Rahmen zunächst einmal nach statischen Gesichtspunkten ausgelegt werden, um die Last des Wagenkastens auf die Radsatzlager zu übertragen. Durch diese Doppelfunktion wird die Anpassung des Rahmens an wünschenswerte Federkonslanten in Längs- und/oder Querrichtung unmöglich, zumindest jedoch erheblich eingeschränkt, da eben ein entsprechend weicher Rahmen, wie er für die Führung der Radsatzlager erwünscht ist, für die tragende Funktion ausscheidet und ein steifer Rahmen zwar den statischen Erfordernissen gerecht wird, aber die Führüngseigenschaften nachhaltig verschlechtert

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Laufwerk nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so fortzubilden, daß stabiler Lauf bis zu höchster Geschwindigkeit möglich ist, ohne daß als Folge der weichen Koppelung zwischen dem lasttragenden Rahmen und den Radsatzlagern Entgleisungsgefahr durch unkontrollierbare Bewegung genannter Teile zueinander besteht.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Koppelungseinrichtung als ein in sich zusammenhängendes Bauteil ausgebildet ist, daß dieses Bauteil durch seine Formgebung und/oder seine Materialeigenschaften innere Federungs- und/oder Dämpfungseigenschaften beinhaltet, daß für Federung und Dämpfung keine zusätzlichen Elemente erforderlich sind und daß die Primärfederung als Verbindungsglied zwischen den Radsätzen und dem lasttragenden Drehgestellrahmen bzw. einem Wagenkasten in Längs- und/oder in Querrichtung eine Federkonstante

<2 ■ 10⁶N/m

aufweist.

Durch die als zusammenhängendes Bauteil ausgeführte Koppelungseinrichtung ist es möglich, in einer Einheit Federungs- und/oder Dämpfungseigenschaften zu vereinigen und den Anforderungen entsprechend frei zu gestalten, und zwar unabhängig vom lastaufnehmenden Bauteil, welches in seiner Dimensionierung den An-

Forderungen an Festigkeit unterliegt und somit in seinen Eigenschaften nicht beliebig variabel ist Durch die erfindungsgemäß ausgebildete Koppelungseinrichtung wird aber zugleich eine weiche Primärfederung in Längs- und/oder Querrichtung ermöglicht, daß die Entgleisungssicherheit leidet, weil trotz der weichen Federkennungen der Primärfedern die Radsätze untereinander durch die Koppelungseinrichtung zuverlässig geführt sind.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist darin zii sehen, daß die Koppelungseinrichtung als Koppelrahmen aus Hohlkastenprofilen ausgebildet ist, daß dabei symmetrisch zur Längsmittelebene des Drehgestelles zwei Langträger vorgesehen sind, welche im Bereich zwischen Drehgestellmitte und den Radsätzen durch zwei Querstreben verbunden sind, und daß die Langträger kreisförmig gekrümmt und an ihren Enden mit den Radsätzen gekoppelt sind.

Durch die spezielle Formgebung und Wahl des Werkstoffes ist es möglich, der Koppelungseinrichtung gewünschte Federungs- und Dämpfungseigenschaften zu verleihen, bei gleichzeitiger Verschleißfreiheit

Weitere vorteilhafte Ausbildungen können den Unteransprüchen 3 und 4 entnommen werden.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 Seitenansicht eines Laufwerks mit Koppelrahmen zur gegenseitigen Koppelung der Radsätze,

F i g. 2 Draufsicht auf das Laufdrehgestell mit elastischem Koppelrahmen,

Fig.3 Schnitt IH-III in Fig.2 durch die Mittelquerebene des Laufdrehgestelles,

F i g. 4 Detail Zmit Wirbelstromebene.

Ein Laufdrehgestell für ein Hochgeschwindigkeits-Schienenfahrzeug ist in F i g. 1 in Seitenansicht dargestellt Das Laufdrehgestell ist mittels einer Luftfeder 1 als Sekundärfeder gegen einen nicht näher dargestellten Wagenkasten 2 abgefedert Die Luftfeder 1 stützt sich auf einen schwanenhalsartig geformten Drehgestellangträger 3 und dieser ist über eine Primärfeder 4 auf Radsatzlager S aufgelagert Die Radsatzlager ihrerseits werden über je einen Federblattlenker 6 elastisch mit dem Drehgestellangträger 3 verbunden, wobei die Verbindung der Radsatzlager 5 mit dem Federblattlenker 6 über Gummielemente 7 elastisch erfolgt, während die Anlenkung am Drehgestellangträger 3 starr über eine Sägezahnverbindung 8 erfolgt Während die Feder/konstanten in Längs- und/oder in Querrichtung die Anlenkung der Radsatzlager 5 auf konventionelle Weise allein durch die besondere Ausbildung der Federblattlenker 6 und der Verbindungselemente an seinen Enden erfolgt, wird eine zusätzliche Verbindung der Radsätze untereinander bewirkt indem die Radsatzlager 5 über einen Koppelrahmen 9 besonderer Formgebung und Dirnensionierung gekoppelt werden, so daß die Stabilitätsgrenze bzw. Grenzgeschwindigkeit in einer Weise beeinflußt wird, welche durch konventionelle Anlenkung der Radsätze nicht möglich ist.

Nach einer zeichnerisch nicht dargestellten Version ist es möglich, den Koppelrahmen 9 in zusätzliche, die Radsatzwelle umfassende Lagergehäuse zu koppeln, falls aus konstruktiven Gründen der Anschluß des Koppelrahmens 9 an die Radsatziager nicht möglich ist.

Der Koppelrahmen 9 ist als Hohlkastenprofil ausgebildet und wird durch Schrauben 10 unmittelbar mit den Radsatzlagern 5 verbunih;n. Durch seine Formgebung und durch die Dimensionierung des Hohlkastenprofils ist leicht einzusehen, daß damit die Federkonstanten der Koppelung in weiten Bereichen variabel sind und den miteinander gekoppelten Massen angepaßt werden können. Da keine beweglichen Teile vorhanden sind, ist die Koppelung zudem vollkommen verschleiß- und wartungsfrei. Die Verbindung von einem Drehgestellrahmen 11 mit dem Wagenkasten 2 erfolgt in an sich bekannter Weise durch einen Lenker, welcher als Kurzlenker 12 ausgebildet ist und welcher über Gummigeienke

ίο 13a und 136 sowohl mit einem Querträger 14 über eine zweite Konsole 15, als auch an seinem anderen Ende über eine erste Konsole 16 mit einem Zapfen 17 des Wagenkastens 2 verbunden ist

Die Primärfederung, bestehend aus der eingangs genannten Primärfeder 4 und dem dazu kinematisch gesehen in Reihe geschalteten Gummielement 7, ist sowohl in Längs- als auch in Querrichtung mit einer Federsteifigkeit

< 2,0· 10⁶N/m

auszuführen, da die entgleisungssichere Führung der Radsätze untereinander durch den Koppelrahmen 9 gewährleistet wird.

In F i s. 2 ist das Laufdrehgestell mit dem Koppelrahmen 9 in der Draufsicht dargestellt Der Koppelrahmen 9 verbindet unmittelbar die Radsatzlager 5 untereinander. Der Koppelrahmen 9 gliedert sich in je zwei zur Längsebene des Laufdrehgestelles symmetrische Langträger 18a und 186, welche kreisförmig gestaltet sind. Die Langträger 18a und 186 werden symmetrisch zur Querebene durch Querstreben 19a und 196 untereinander verbunden. In der Längsmittelebene in Fahrtrichtung weisend ist der Kurzlenker 12 angeordnet, welcher über den Zapfen 17 den darüberliegenden Wagenkasten 2 (F ■ g.!) mit dem Querträger 14 des Laufdrehgestelles verbindet und Zug- und Stoßkräfte überträgt ohne die Querbeweglichkeit und Ausdrehfähigkeit des Lau'drehgestelles über Gebühr zu behindern. Das Querspiel des Laufdrehgestelles wird durch Begrenzungsanschläge 20 festgelegt welche mit Gummipuffern 21 versehen sind und den Zapfen 17 mit Spiel » w« umfassen.

Einen Schritt durch eine Drehgestellhälfie in Quermittelebene zeigt F i g. 3. Der Wagenkasten 2 ist über die Luftfeder 1 und einer Zusatz- und Notfeder 23 auf dem Drehgestellangträger 3 aufgelagert. Der Drehgestellangträger 3 ist durch den Querträger 14 mit dem gegenüberliegenden Langträger verbunden. In Drehgestellmitte ist der Wagenkasten 2 über Zapfen 17 und

Lenker 12 mit dem Querträger 14 zur Übertragung der Zug- und Stoßkräfte verbunden. Die Querbewegung wird durch Gummipuffer 21 begrenzt. In Höhe zwischen Schienenoberkante 24 und Querträger 14 liegt der Koppelrahmen 9, welcher die Radsatzlager 5 miteinander elastisch vcbindet

Was die konstruktive Ausbildung des Koppelrahmens 9 angeht, so stellt die Zeichnung nur eine von vielen AusführungsmögJichkeiten dar. Der Koppelrahmen könnte auch als eine Platte ausgebildet sein, welche als Werkstoff einen faserverstärkten Kunststoff aufweist.

Als Zusatzbremse für Notfälle ist eine Wirbe'strombremseinrichtung 25 vorgesehen, welche ais Detail »z« aus F i g. 1 in F i g. 4 dargestellt ist.
Zum besseren Verständnis der physikalischen Zusam-

ö5 menhänge sei erläuten, daß Drehgestelle von Schienenfahrzeugen infolge der Radsatz-Laufflächenkegelneigung wellenförmige Bewegungen quer zum Gleis ausführen. Die Dämpfung dieser wellenförmigen, auch »Si-

nuslauf« genannten Bewegungen ist von der Fahrgeschwindigkeit und von den Amplituden abhängig. Zur Vermeidung von Laufzuständen mit Bewegungsamplituden, die zum wechselseitigen Spurkranzkontakt führen, der mit hohem Verschleiß und Kompforteinbußen verbunden ist, sind die Laufwerke unterhalb ihrer Stabilitätsgrenze zu betreiben. Die auftretenden Schwingungsformen eines Schwingungssystems werden von den Verbindungselementen der Massen beeinflußt, beim Schienenfahrzeug also von den primären und sekundären Fesselelementen. Durch Änderung der Anordnung oder der Parameterwerte der Verbindungselemente läßt sich die Grenzgeschwindigkeit, die der Stabilitätsgrenze zuzuordnende Fahrgeschwindigkeit, beeinflussen. Maßgebend für die Wirkung der Elemente ist, wie die Verschiebungsfreiheitsgrade der Radsätze gekoppelt werden. Durch eine konventionelle Primärfesselung werden die Freiheitsgrade der beiden Radsätze über den Laufwerksrahmen gekoppelt, und es lassen sich die Koppelungssteifigkeiten angeben mit

^s α*/4 C₁. + <J²I4 C_x

Cb* Biegesteifigkeit der Radsätze bezüglich relativer Wendebewegungen, resultierend aus der Längssteifigkeit der Radsatzlageranlenkung.

Cs* Schersteifigkeit der Radsätze bezüglich relativer Querbewegung, resultierend aus den Längs- und Quersteifigkeiten der Radsatzlageranlenkung.

C_x Steifigkeit der Radsatzlageranlenkung in Längsrsvutung.

Cy Steifigkeit der Radsatzlageranlenkung in Querrichtung.

a Achsstand.

d Abstützbasis der Radsatzlageranlenkung.

Allerdings zeigt sich, daß nicht jede Steifigkeit Cs* bei konventioneller Fesselung erreichbar ist Es gilt nämlich

45 C_ß*/Cs* = a²/4 + tf/4 ■ C_xICy,

so daß konventionell nur

Cb* I Cs* a²l4

einstellbar ist Zur Abdeckung des gesamten Parameterraumes erfolgt erfindungsgemäß eine zusätzliche direkte Koppelung der Radsätze durch den Zusatzrahmen. Somit ist es möglich, stabilitätsoptimale Laufwerksauslegungen zu realisieren, was bei konventioneller Radsatzführung ohne den Einsatz zusätzlicher Koppelungen zum Wagenkasten nicht möglich ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Laufwerk für Schienenfahrzeuge mit mindestens zwei Radsätzen, deren Radsatzlager über eine mit diesen steif verbundene Koppelungseinrichtung untereinander verbunden sind, wobei die Koppelungseinrichtung in bestimmten Bereichen eine Flexibilität aufweist und die Radsatzlager über eine Primärfederung in Längs- und/oder Querrichtung gegen einen lasttragenden Drehgestellrahmen abgefedert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelungseinrichtung als ein in sich zusammenhängendes Bauteil (Koppelrahmen 9) ausgebildet ist, daß dieses Bauteil durch seine Formgebung und/oder seine Materialeigenschaften innere Federungs- und/oder Dämpfungseigenschaften beinhaltet, daß für Federung und Dämpfung keine zusätzlichen Elemente erforderlich sind und daß die Primärfederung als Verbindungsglied zwischen den Radsätzen und dem lasttragenden Drehgestellrahmen bzw. einem Wagenkasten in Längs- und/oder in Querrichtung eine Federkonstante