DE3424531A1 - Laufwerk fuer ein schienenfahrzeug - Google Patents

Description

VON KREISLER SCHÖNWALS EISWOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNER

PATENTANWÄLTE

South African Inventions Development Corporation Administration Building Scientia

Pretoria, Transvaal, ZA

Dr.-Ing. von Kreisler 11973
Dr.-lng.ICW. Eishold ti981

Dr.-Ing. K. Schönwald Dr. J. F. Fues Dipl.-Chem. Alek von Kreisler Dipl.-Chem. Carola Keller Dipl.-Ing. G. Selting Dr. H.-K. Werner

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

D-5000 KÖLN 1 Sg-DB/Fe

3. Juli 1984

Laufwerk für ein Schienenfahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Laufwerk für ein Schienenfahrzeug mit zwei Radsätzen, von denen jeder zwei mit einer Achse fest verbundene Profilräder und zwei Achskästen aufweist und mit einem Rahmen, der die Laufwerklast auf die Achskästen verteilt.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Aufhängekonstruktionen zur Aufhängung von Schienenfahrzeugen an Achskästen von Radsätzen. Sie ist anwendbar für Schienenfahrzeuge, bei denen ein Wagenkörper oder Oberbau

drehbeweglich auf zwei Laufwerken oder Fahrgestellen abgestützt ist und auf Schienenfahrzeuge, bei denen der Wagenkörper direkt von den Radsätzen getragen wird, z.B. vierrädrige Fahrzeuge, die im Stand der Technik als "Vierräder" bekannt sind. Jeder Radsatz hat zwei

fest mit einer Achse verbundene Räder.

In dieser Beschreibung und den Ansprüchen soll der Ausdruck "Laufwerk für ein Schienenfahrzeug" eine Schienenfahrzeugeinheit bezeichnen, die einen von zwei. Radsätzen getragenen Rahmen aufweist. Ein Laufwerk für ein Schienenfahrzeug kann daher ein Fahrgestell oder ein Vierräder sein, dessen Rahmen bei einem Vierräder der Wagenkörper und bei einem Fahrgestell der Rahmen selbst ist,

Selbstlenkende oder radiale Schienenfahrzeug-Laufwerke sind bekannt (US-PS 4 067 261 und 4 067 262) und viele von ihnen werden für das Schienenfahrzeugsystem in Südafrika und in anderen Teilen der Welt benutzt. Solche Laufwerke arbeiten mit Radlaufflächen mit einer hohen effektiven Konizität und einer bei der Gierung weichen Federaufhängung, wodurch die Radlaufflächen eine Selbstlenkung bewirken können. Zur Stabilisierung und zur Übertragung von Längskräften zwischen den Radsätzen dienen Zwischenverbindungen der in Fig. 2 der US-Patentschrift 4 067 262 gezeigten Art. Es ist ersichtlich, daß diese Figur ein dreiteiliges Laufwerk darstellt.

Bei dem Versuch der Anwendung der Lehren der Fig. 2 dieses US-Patentes auf Laufwerke mit festem Rahmen verursacht das Fehlen von Primärfederungen Radentlastungsprobleme .

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Laufwerk für ein Schienenfahrzeug mit einer Aufhängung auszustatten, die Selbstlenkung ermöglicht und außerdem eine Primärfederung bewirkt.

Diese Aufgabe wird bei dem Laufwerk der eingangs erwähnten Art gelöst durch

- einen Bügel an jedem Achskasten, der den Achskasten enthält und sich über und unter die Achslinie der Achse erstreckt,

durch Mittel zur Schaffung eines Drehpunktes an dem Bügel derart, daß der Bügel um den Drehpunkt in bezug auf den Rahmen in Längsrichtung schwingen kann,
- eine erste Verbindungsstelle an dem Bügel, Mittel zur Verbindung von zwei ersten Verbindungsstellen und zur übertragung von Längskräften zwischen den Radsätzen und durch

eine Federanordnung, die zwischen dem Rahmen und jedem Achskasten angeordnet ist und senkrechte Relativbewegungen zwischen dem Rahmen und dem betreffenden Achskasten ermöglicht.

Der Begriff "längs" bezieht sich in den vorgesehenen Wortverbindungen auf die Bewegungsrichtung des Schienenfahrzeugs .

Ein Drehpunkt kann sich auf drei verschiedene Arten ergeben:
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(a) Durch Drehung des Bügels um einen Querzapfen auf dem Rahmen,

(b) durch Drehung des Bügels um einen Querzapfen auf einem Körper, der durch die Federanordnung gegen den Rahmen abgefedert ist oder

(c) durch Ausbildung des Bügels als einstückigen Teil des Achskastens und durch Vorsehung der Federanordnung zwischen dem Rahmen und den Bügel derart, daß der Bügel in Längsrichtung schwingen und sich relativ zu dem Rahmen senkrecht bewegen kann.

In den Fällen (a) und (b) liegt der Drehpunkt auf der Zapfenachse, während er sich im Falle (c) auf der Drehachse der Federanordnung befindet.
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Der Drehpunkt kann über oder unter der Achslinie der Achse angeordnet sein. Wenn er über der Achslinie der Achse vorgesehen ist, kann ein negativer, positiver oder nullwertiger Federeffekt in Längsrichtung erzielt werden.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bügels,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Fahrgestells mit einer anderen Bügelausführungsform,

Fign. 3 bis 7 weitere Bügelausführungsformen in
Fig. 1 ähnlichen Ansichten,

Fig. 8 eine schematische Draufsicht oder Unteransicht eines Fahrgestells, bei dem die Achskästen auf dem gleichen Radsatz verbunden

sind,

Fig. 9 eine schematische Seitenansicht eines Fahrgestells zur Veranschaulichung einer Verbindung zwischen Radsätzen,
Fig. 10 eine Draufsicht der Anordnung nach Fig. 9,

Fig. 11 eine Draufsicht einer abgewandelten Ausführungsform eines Ausgleichsbalkens,

Fig. 12 eine schematische Draufsicht oder Unteransicht zur Veranschaulichung einer anderen Verbindung zwischen Radsätzen und

Fig. 13 eine Draufsicht eines Laufwerkes, die Kupplungen zwischen Radsätzen zeigt.

Gemäß Fig. 1 ist ein Achskasten 10 auf einer Achse 11 in einer Öffnung untergebracht, die von einem Bügel 20 umgeben ist, der zwei konvex gebogene Seiten 22 aufweist. Zwischen den Seiten 22 und dem Achskasten 10 befinden sich Dämpfungsfedern 27, die zur Erzielung der dargestellten V-Form aus abwechselden Schichten von Gummi- und Metallplatten zusammengesetzt sind.

Der Bügel 20 ist mittels eines Drehbolzens 28 mit einem Seitenrahmen 23 eines Laufwerks drehbar verbunden. Infolge dessen kann der Bügel 20 um den Drehbolzen 28 schwingen und der Achskasen 10 kann Gierbewegungen ausführen. Auch die Dämpfer 27 erlauben senkrechte Relatxvbewegungen zwischen dem Achskasten 10 und dem Rahmen 23.

Der Bügel 20 trägt zwei Verbindungszapfen 18 und 19, die mit nachfolgend beschriebenen Elementen 24 und 25 verbunden sind.

Bei der Aus führungs form der Fig. 2 ist ein Bügel 20 einstückig mit einem Achskasten 10 ausgebildet und um einen Drehbolzen 34 auf einem Körper 21 schwenkbar. Dämfer 27 federn den Körper 21 gegen die Seite eines Rahmens 23 ab. Wiederum trägt der Bügel 20 Zapfen 18 und 19, die mit den Elementen 24 und 25 verbunden sind. 30

Der Bügel 20 kann um den Drehbolzen 34 schwingen und die Dämpfer 27 erlauben senkrechte Relatxvbewegungen zwischen dem Rahmen 23 und dem Achskasten 10.

Bei der Aus f ührungs form der Fig. 3 wird ein dem Bügel gemäß Fig. 2 ähnlicher Bügel 20 benutzt, der jedoch fest an einem Körper 21 angebracht ist, der mit Hilfe der Dämpfer 27 gegen den Rahmen 23 abgefedert ist. Die Dämpfer 27 sind so gewählt und angeordnet, daß ihr Drehpunkt sich an einer Stelle 35 befindet. Infolge dessen kann der Bügel 20 in Fahrgestell-Längsrichtung (longitudinal) um die als Drehpunkt dienende Stelle 35 schwingen. Der Effekt entspricht bei der Anordnung nach Fig. 3 demjenigen der Anordnung nach Fig. 2 im wesentlichen.

In Fig. 4 ist der Bügel 20 wie gezeigt umgekehrt und er weist zwei Schenkel 29 auf, die sich V-förmig erstrecken und auf denen die Dämpfer 27 aufsitzen. Der Rahmen 23 ist mit einer Verlängerung 31 versehen, die dem Körper 21 der vorangegangenen Figuren entspricht. Der Drehpunkt der Dämpfer 27 befindet,sich an der Stelle 35, um die der Bügel 20 in Fahrgestell-Längsrichtung (longitudinal) gegen die Wirkung von Federn schwingen kann, die negativ, positiv oder Null eingestellt werden kann.

Gemäß Fig. 5 ist die Verlängerung 31 durch einen separaten Körper 3 2 ersetzt, den einen Bolzen 33 in dem Drehpunkt 35 der Dämpfer 27 mit dem Rahmen 23 verbindet. Die Verbindung zwischen dem Körper 3 2 und dem Rahmen 2"3 ist verwindungssteif. Zu diesem Zweck kann der Bolzen 33 mittels einer Gummihülse 34a mit dem Rahmen 23 verbunden sein. Die Gummihülse 34a haftet sowohl an dem Bolzen 33 als auch an dem Rahmen 23, während der Bolzen 33 mit Hilfe von Keilen o.dgl". mit dem Körper 32 drehfest verbunden ist.

Bei den erläuterten Ausführungsformen vermitteln die Dämpfer 27 weiche senkrechte oder primäre Abfederung und erlauben begrenzte Schwingbewegungen der Bügel 20 durch Kompression des Gummis längs eines Randes des Dämpfers und Ausdehnung des Gummis an dem gegenüberliegenden Rand. Die gegen den Rahmen 23 und die gegenüberliegende Fläche, z.B. an einem Körper 21, anstoßenden Dämpferelemente bleiben nicht zueinander parallel. Da der Grad der Unparallelität zunimmt, steigt auch der Grad des Widerstandes des Gummis, so daß der Radius begrenzt ist, innerhalb dessen die Selbstlenkung stattfinden kann.

Fig. 6 zeigt eine Lösung des erwähnten Problems. In diesem Falle ist die äußere Metallschicht 70 jedes Dämpfers 27 an dem Rahmen 23 angebolzt. Die innere Metallschicht 71 weist einen Gabelkopf 72 auf, der ein Auge 73 an dem Körper 21 übergreift. Ein Stift 74 verbindet den Gabelkopf 72 mit dem Auge 73, so daß sie um den Stift 74 drehbar sind.

Wenn bei der Ausführungsform der Fig. 6 der Bügel 20 um seinen Drehpunkt 35 schwingt, sollen die Dämpfer 27 Rautenform annehmen. Mit anderen Worten - die Metallschichten 70 und 71 bleiben parallel, während der Gummi in den Dämpfern auf Scherung beansprucht wird. Hierdurch wird ein größerer Schwingungsgrad zugelassen und es ist daher möglich, diese Ausführungsform bei Schienenfahrzeugsystemen mit sehr engen Kurven zu benutzen und dabei noch die Selbstlenkung der Radsätze in solchen Gleiskurven zu erzielen.

Fig. 7 zeigt eine Fig. 2 ähnliche Ausführungsform, bei der jedoch die Dämpfer 27 durch Schraubenfedern 39 er-

setzt sind, die zwischen dem Rahmen 23 und einer Federauflage 30 angeordnet sind. Die Federauflage 30 ist an dem Rahmen 23 mit Hilfe eines Längsankers 41 verankert, der über elastische Gummistücke 42 an dem Rahmen 23 befestigt ist und dessen Achse mit der Mittelachse des Drehbolzens 34 fluchtet. Ein Zapfen 19 ist zwar nicht gezeichnet, jedoch könnte er in gleicher Weise wie in Fig. 2 vorgesehen sein.

Alle Ausführungsformen der Fign. 1 bis 7 erlauben bei Anbringung an den vier Profilrädern 26 mit hoher effektiver Konizität eines Fahrgestells als Ergebnis der von den Radprofilen erzeugten Schwerkräfte Selbstlenkung. Außerdem ergibt sich an jedem Rad eine unabhängige Federwirkung, d.h. der Rahmen und der Achskasten können sich an jedem Rad relativ zueinander senkrecht' bewegen.

Aufgrund der verhältnismäßig geringen Längssteifigkeit jeder Aufhängung können Längsbewegungen der Radsätze relativ zueinander und zu dem Rahmen, z.B. während des Bremsvorganges, auftreten. Das vorstehend erwähnte Problem wurde in zufriedenstellender Weise in dem südafrikanischen Patent Nr. 82/6357 (entsprechend USSN 413 409, angemeldet 31. August 1982) gelöst, ohne daß die Lenkeigenschaften der Radsätze eines selbstlenkenden Laufwerkes beeinträchtigt werden.

Die vorgeschlagene Lösung besteht darin, zwischen die Achskastenpaare ein Watt-Gestänge einzusetzen. Fig. 8 zeigt das Gehäuse eines Fahrgestells, vorzugsweise eines Vierräders, bei dem es unpraktisch wäre, Längsverbindungen zwischen den Radsätzen vorzusehen. In den Zentren 43 sind wie gezeigt schwach S-förmig gebogene

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Mitnehmerhebel 40 über Bolzengelenke mit dem Rahmen verbunden. Lenker 44 sind um die Zapfen 18 und bei 45 um die Enden der Mitnehmerhebel 40 drehbar gelagert. Die Gelenke an den Enden der Lenker 44 sind als Kugelgelenke ausgebildet. Die dargestellten Lenker begrenzen die Längsbewegung der Radsätze, z.B. während des Bremsens relativ zueinander und relativ zu dem Rahmen 23.

Fig. 2 zeigt eine andere Form des Watt-Gestänges, bei dem Lenker 25 auf den Zapfen 19 drehbar gelagert sind. Zwei Lenker 25 sind an den Zapfen 19 und an Zapfen auf einem Hebel 36 befestigt, der an dem Rahmen 23 schwenkbar gelagert ist.

Fign. 9 bis 12 zeigen schematisch andere Arten von Watt-Gestängen, die verwendbar sind.

In den Fig. 9 und 10 sind die Bügel 20 mittels Lenkern 55 verbunden, die an die Bügel 20 und an schwenkbare Hebel 56 angelenkt sind. Die Hebel 56 sind an einen Ausglexchbalken 59 angelenkt, der mit der Mitte des Fahrgestellrahmens um eine Drehachse 60 schwenkbar verbunden ist. Die Lenker 55 auf .den beiden Seiten des Fahrgestells wirken wie gezeigt in entgegengesetzten Richtungen auf die Hebel 56. Die Vorrichtung arbeitet nicht, wenn sie in gleicher Richtung wirken.

Die auf dem Rahmen befestigte Drehachse 60 kann insbesondere für enge Gleiskurven auch starr sein. In diesem Falle kann ein in Fig. 11 gezeigter Ausglexchbalken 59 verwendet v/erden. Hierbei ist die Mitte des Balkens 59 starr mit einem Arm 61 eines anderen Watt-Gestänges verbunden, dessen Lenker 62 an den Rahmen angelenkt sind. In diesem Falle ruht der Balken 59 auf Stützen

63, die der Rahmen trägt. Die Grenzfläche zwischen dem Balken 59 und den Stützen 63 können mit reibungsverminderndem Material, z.B. PTFE, beschichtet sein.

Gemäß Fig. 12 sind Lenker 57 an Querstreben 58 angelenkt, die ihrerseits auf einem Ausgleichbalken 59 drehbar gelagert sind, der seinerseits auf dem Fahrgestellrahmen drehbeweglich befestigt oder in der in Fig. 11 gezeigten Weise abgestützt ist.

Wie in den US-Patentschriften 4 067 261 und 4 067 262 beschrieben, benötigen selbstlenkende Fahrgestelle Vorrichtungen zur Stabilisierung der Radsätze. Fig. 13 zeigt eine Anordnung, die dies bewirkt. Einander kreuzende, diagonal zueinander verlaufende Lenker 24 sind zwischen den Zapfen 18 der Bügel 20 vorgesehen. Bei einem festen Rahmen des Fahrgestells müssen die Lenker 24 keine Stabilität durch Erzeugung von Kriechkräften vermitteln. Dies geschieht durch Gierdämpfer, die zwisehen Achskästen und Fahrgestellrahmen v/irksam sind. Die Lenker 24 sind jedoch häufig noch notwendig, um die Radbasis unter dem Einfluß von einfach wirkenden Bremsen in Takt zu halten und den Schlupfkräften Widerstand zu leisten, die Gierbewegungen der Radsätze in Richtung zunehmender Anstellwinkel begünstigen, wenn z.B. in scharfen Kurven oder auf Weichen an Knotenpunkten und Kreuzungen die Spurkränze der Räder beim Kurvenfahren beansprucht werden. Bei der Ausführungsform der Fig. 2 sind die Lenker 24 beibehalten worden. Zwischen dem Rahmen 23 und den Achskästen 10 können erforderlichenfalls Gierdämpfer angeordnet sein.

Wenn der Platz auf einem vorhandenen Fahrzeug beschränkt ist und scharfe Kurven durchfahren werden sol-

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-VL-

len, kann die bevorzugte Ausführung Bügel gemäß Fig. 6, zur Dämpfung der Gierbewegungen in beiden Richtungen wirksame Gierdämpfer, das Watt-Gestänge gemäß Fig. und Diagonallenker gemäß Fig. 13 aufweisen.

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Claims (10)

ANSPRUCHE

1. Laufwerk für ein Schienenfahrzeug mit zwei Radsätzen, von denen jeder zwei mit einer Achse (11) fest verbundene Profilräder (26) und zwei Achskästen (10) aufweist und mit einem Rahmen (23) , der die Laufwerklast auf die Achskästen (10) verteilt,
gekennzeichnet durch

- einen Bügel (20) an jedem Achskasten (10) , der den Achskasten (10) enthält und sich über und unter die Achs linie der Achse (11) erstreckt;

- Mittel zur Schaffung eines Drehpunktes

(34; 35) an dem Bügel (20) derart, daß der Bügel (20) um den Drehpunkt (35) in bezug auf den Rahmen (23) in Längsrichtung schwingen kann;

- eine erste Verbindungsstelle (18) an dem

Bügel (20);

- Mittel (24) zur Verbindung von zwei ersten Verbindungsstellen (18) und zur übertragung von Längskräften zwischen den Radsätzen - und durch eine Federanordnung (27) , die

zwischen dem Rahmen (23) und jedem Achskasten (10) angeordnet ist und senkrechte Relativbewegungen zwischen dem Rahmen (23) und dem betreffenden Achskasten (10) ermöglicht.

2. Laufwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bügel (20) um einen quergerichteten Drehbolzen (28) auf dem Rahmen (23) drehbar gelagert ist.

3. Laufwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bügel (20) um einen quergerichteten Drehpunkt (35) auf einem Körper (21) drehbar gelagert ist und daß zwischen dem Körper (21) und dem Rahmen (23) die Federanordnung (27) eingesetzt ist.

4. Laufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende jedes Bügels (20) als einstückiger Teil des Achskastens (10) ausgebildet ist und daß die Federanordnung (27) sich zwischen dem Rahmen (23) und dem Bügel (20) befindet, so daß sie Längsschwingungen des Bügels (20) und senkrechte Bewegungen desselben relativ zu dem Rahmen (23) ermöglicht.

5. Laufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung (27) zwei Dämpfungsglieder aufweist, die aus abwechselnden Gummi- und Metallschichten bestehen, die als Sandwich-Elemente zwischen äußeren Metallschichten gehalten sind und daß die eine äußere Metallschicht jedes Dämpfungsgliedes an dem Teil, gegen den sie anliegt, befestigt ist, während die andere äußere Metallschicht mit dem Teil, gegen den sie anliegt, um eine zu der Radachse (11) parallele Drehachse drehbar verbunden ist.

6. Laufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine zweite Verbindungsstelle (19) an jedem Bügel (20), die sich auf der gleichen Seite der Achse wie die erste Verbindungsstelle (18) befindet und durch Mittel (25) , die die

zweiten Verbindungsstellen der Radsätze miteinander verbinden, um Gierbewegungen der Radsätze in entgegengesetzten Richtungen zu kuppeln.

7. Laufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur übertragung von Längskräften zwischen den Radsätzen ein Watt-Gestänge aufweist, das die ersten Verbindungsstellen (18) auf den Bügeln auf der gleichen Seite des Laufwerkes mit seinem Zentralhebel verbindet, der an dem Rahmen (23) drehbar gelagert ist.

8. Laufwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralhebel auf einem quergerichteten Ausgleichsbalken (59) drehbar gelagert ist, der um die Laufwerkmitte drehbar ist und daß das Watt-Gestänge vorzugsv/eise waagerecht verläuft.

9. Laufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch 2Q · gekennzeichnet, daß das Mittel zur übertragung von Längskräften zwischen den Radsätzen einen Mitnehmerhebel (40) oberhalb jeder Achse (1-1) aufweist, der auf der Längsmittellinie des Laufwerkes drehbar gelagert ist und daß Lenker (24,44) an den Seiten des Laufwerkes die ersten Verbindungsstellen (18) mit den Enden der Mitnehmerhebel (40) verbinden, so daß die Mitnehmerhebel (40) und die Lenker (24,44) in Draufsicht Z-Form aufweisen.

10. Laufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen Gierbewegungsdämpfer, der zwischen jedem Achskasten (10) und dem Rahmen (23) angeordnet ist und Gierbewegungen in beiden Richtungen dämpft.