DE3904203A1 - Laufwerk fuer schienenfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Laufwerk für Schienenfahrzeuge mit min­ destens auf zwei mit Radialsteuerung/radialer Einstellbarkeit ver­ sehenen Radsätzen abgestütztem ein- oder mehrteiligem Rahmen. Als Lauf­ werk im Sinne der Erfindung sind sowohl die entsprechenden Teile eines Starrahmenfahrzeugs, als auch die von Drehgestellen eines Drehgestell­ fahrzeugs zu verstehen. Weiterhin umfassen Laufwerke im Sinne der Er­ findung solche sowohl mit, als auch solche ohne angetriebene Radsätze. Schließlich umfassen mit Radialsteuerung versehene Radsätze im Sinne der Erfindung sowohl solche mit radialer Einstellbarkeit nur über die Elastizität der Radsatzführung, als auch solche mit steuernden Koppel­ gliedern zwischen den Radsätzen. Steuernde Koppelglieder im Sinne der Erfindung umfassen sowohl solche mit weitgehend starren Verbindungs­ teilen und Gelenkpunkten als auch solche mit gezielt ausgebildeten Elastizitäten der Verbindungsteile und Gelenkpunkte.

Die Radsätze von Schienenfahrzeugen besitzen im allgemeinen Laufflächen, die im wesentlichen konisch profi­ liert sind, sodaß bei Querauslenkung aus der Mittellage der Berührpunkt des einen Rades auf größerem Radradius, der des anderen Rades auf kleinerem Radradius rollt, sodaß sich die Radsätze beim Lauf in der Ge­ raden ständig zur Gleismitte hin zentrieren und beim Lauf in Gleisbögen auf unterschiedlichen Radradien rollen, die im günstigsten Fall dem Unterschied der Lauflängen auf bogeninnerem und bogenäußerem Gleis ent­ sprechen, wobei sich die Radsatzachse zum Bogenmittelpunkt ausrichtet und der Radsatz führungskräftefrei rollt, was mit Radialstellung des Radsatzes bezeichnet wird.

Wenn mindestens zwei Radsätze in einem Laufwerk angeordnet sind, wird bei starrer Radsatzführung die Radialstellung verhindert, was Quer- und Längsschlupf in den Radaufstandspunkten bewirkt und hohe Führungskräfte im Gleisbogen zur Folge hat.

Geringere Führungskräfte und eine gewisse Annäherung an die Radialstel­ lung wird durch längsweiche Radsatzführung erreicht. Hierbei werden im wesentlichen die Längsschlupfkräfte in den Radaufstandspunkten genutzt, durch die Stellungsänderungen der Radsätze gegen die Federkraft der Längsführungen bewirkt wird, bis Gleichgewicht erreicht ist.

Zur Verbesserung der Radialstellung werden Radialsteuerungen einge­ setzt. Hierzu werden einerseits mechanische/hydraulische Koppelele­ mente zwischen den Radsätzen eingesetzt, die die im allgemeinen größeren Längsschlupfkräfte der nachlaufenden Radsätze zur besseren Ra­ dialstellung der führenden Radsätze nutzen. Andererseits werden auch mechanische/hydraulische radialsteuernde Radsatzführungen eingesetzt, die sowohl Fliehkraft, als auch Querführungskräfte zur Steuerung aus­ nutzen und bei Drehgestellfahrzeugen werden Steuerungen durch die Dreh­ bewegung zwischen Drehgestell und Fahrzeugkasten eingesetzt.

Ein Laufwerk mit profilierten Radsätzen stelle ein selbsterregbares Schwingungssystem dar, das durch eine Anzahl charakteristischer Schwingformen gekennzeichnet ist, von denen jede in einem bestimmten Maße gedämpft ist, wobei das Dämpfungsmaß generell von der Fahrzeugge­ schwindigkeit abhängt. Die für ein Laufwerk wichtigsten Schwingformen sind der Sinuslauf der Radsätze im Gleis, bei den die Radsätze wellen­ förmige Bewegung im Spurkanal d. h. Querbewegungen und Wendebewegungen um die Hochachse ausführen.

Infolge der Reibkräfte in den Berührpunkten Rad/Schiene und der Mas­ senkräfte treten Führungskräfte im Gleis auf, die bei abnehmender Dämpfung der maßgeblichen Schwingformen, das ist im allgemeinen bei zu­ nehmender Fahrgeschwindigkeit, vorwiegend durch deren Amplituden an­ wachsen und bei Erreichen der zulässigen Führungskräfte die Fahrge­ schwindigkeit begrenzen, was auch mit Erreichen der Laufstabilitäts­ grenze bezeichnet wird.

Die Verringerung der Längssteifigkeit der Radsatzführung, die der Ver­ besserung der Radialstellung dient, bewirkt eine Verringerung der Dämpfung der maßgeblichen Schwingformen, also eine Verringerung der Laufstabilität, die die Führungskräfte erhöht und die zulässige Fahrge­ schwindigkeit verringert.

Bei Drehgestellfahrzeugen wird ein Stabilitätsgewinn durch Drehdämpfer zwischen Drehgestell und Fahrzeugkasten erreicht, doch bleibt die zu­ lässige Fahrgeschwindigkeit weit unter der mit höherer Längssteifigkeit und Drehdämpfern erreichbaren.

Bei Anwendung von den o. g. zusätzlichen Koppelelementen zwischen den Radsätzen und radialsteuernden Radsatzführungen sind z. T. auch Verbes­ serungen der Laufstabilität gegenüber der längsweichen Radsatzführung allein erreicht worden, doch sind diese Verbesserungen bei der Forde­ rung nach höherer Fahrgeschwindigkeit nicht ausreichend oder die radi­ ale Einstellbarkeit wird eingeengt.

Ein Beispiel hierfür ist das deutsche Patent 32 23 989, das die Stabi­ lisierung durch Dreh- und Querverschiebesteifigkeit zwischen den Rad­ sätzen erreicht, wobei aber Drehsteifigkeit die radiale Einstellbarkeit verschlechtert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Laufwerk für Schienen­ fahrzeuge zu schaffen, bei dem die Laufstabilität erhöht wird und durch diese Maßnahme die radiale Einstellbarkeit nicht oder nur geringfügig verschlechtert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß hydraulische Dämpfer oder Reibungsdämpfer zwischen den Radsätzen angeordnet werden, die die Relativbewegungen der Radsätze gegeneinander, insbesondere ihre Drehbewegungen gegeneinander dämpfen.

Bei Bogenein- und -ausfahrt setzen derart angeordnete, beispielsweise hydraulische Dämpfer der Radsatzbewegung nur geringen Widerstand entge­ gen, da die Radsatz-Wendebewegung nur niedrige Dämpferkolbengeschwin­ digkeit bewirkt. Im Bogen ist der Dämpferkolben in Ruhe, sodaß keine Dämpferkraft vorliegt. Die Wendebewegungen beim Sinuslauf bewirken ent­ sprechende größere Kolbengeschwindigkeiten und damit Dämpferkräfte, die die dynamischen Bewegungen bedämpfen und die Laufstabilität erhöhen.

Bei derart angeordneten Reibungsdämpfern erfolgt die Radsatzdrehbewe­ gung bei Überwinden der Reibungskraft, deren Höhe so gewählt wird, daß sie durch die Längsschlupfkräfte bei Bogeneinfahrt noch überwunden wird und die Radsatzeinstellung erlauben.

Der Sinuslauf wird durch den Reibewiderstand gegenüber den Radsatzdreh­ bewegungen eingeengt und durch die Reibleistung gedämpft, was die Lauf­ stabilität erhöht.

Derartig angeordnete Dämpfer bewirken eine entsprechende Erhöhung der Laufstabilität ohne Verschlechterung der radialen Einstellbarkeit auch bei Laufwerken mit Radialsteuerungen. Zusätzliche Erhöhung der Lauf­ stabilität in unterschiedlich großen Stufen erfolgt durch Dämpfung der Querbewegung der Radsätze relativ zueinander, sowie in an sich be­ kannterweise durch Anordnung zusätzlicher Querdämpfung zwischen Rad­ sätzen und Laufwerksrahmen und bei Drehgestellfahrzeugen durch Dreh­ dämpfer zwischen Drehgestell und Fahrzeugkasten.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert, in denen charakteristische und vorteilhafte Ausführungsbeispiele darge­ stellt sind.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Laufwerk, z. B. einem 2achsigen Drehgestell, sind mit 1 die Radsätze bezeichnet, die über Radsatzlager 3 mit dem Drehgestellrahmen 2 in geeigneter Weise über die elastische Längsführung 4 und Querführungen 5 verbunden sind.

Die erfindungsgemäß angeordneten Dämpfer 11 und 11′ verbinden die Radsatzlager unmittelbar miteinander, wobei für die Anlenkpunkte 12, 12′ sowohl Gelenklager, als auch Silent blocs und Sphäriblocs mit entsprechender Steifigkeit Anwendung finden, sie dämpfen die Relativbewegung insbesondere die Drehbewegung zwischen den Radsätzen.

Fig. 2 zeigt das gleiche 2achsige Drehgestell, das jedoch zusätzlich mit an den Radsatzlagern 3 mit den Punkten 24 und 24′ angreifenden Führungsrahmen 21, 22 versehen sind, die weitgehend steif ausgebildet und durch ein Gelenk/ein Biegeelement mit hoher Quersteifigkeit und niedriger Verdrehsteifigkeit um die Hochachse verbunden sind, wobei Zug- und Bremskräfte über die Längsführung 4/ das Gelenk 23 mit Querbeweglichkeitseinrichtung 25 übertragen werden. Die erfindungsgemäß angeordneten Dämpfer 11 und 11′ sind mit ihren Anlenkpunkten 12, 12′ so angeordnet, daß die Dämpferkräfte über längsliegende Teile der Führungsrahmen 21, 22 auf die Radsatzlager 3 geleitet werden. Die Laufwerksbauweise ist ohne/mit Antrieb, beispielsweise rahmenfeste Fahrmotoren mit Hohlwellenantrieb 31, ausgeführt.

Fig. 3 zeigt als Anwendungsbeispiel wiederum ein Laufwerk, beispielsweise ein 2achsiges Drehgestell in dem die erfindungsgemäß angeordneten Dämpfer 11 und 11′ die Radsätze über zusätzliche Lager stellen 25, 25′ verbinden und die relative Drehbewegung der Radsätze zueinander dämpfen. Die Dämpfungsfunktion ist unverändert, auch wenn eine die Radialstellung verbessernde Kreuzkupplung 16, 17 hinzukommt.

In Fig. 4 werden sinngemäß zu Fig. 3 die für den Antrieb, beispielsweise Tatzlagermotoren 33 (nur grob schematisch dargestellt) vorhandene Lagerstellen 32, 32′ zur Einleitung der Dämpferkräfte genutzt, wobei die erfindungsgemäß angeordneten Dämpfer 11 und 11′ in den Punkten 12, 12′ an den Antrieben angelenkt sind.

Fig. 5 zeigt ein Anwendungsbeispiel, in dem die Tatzlagermotoren 33 durch Schräglenker 41, 41′, 42, 42′ mit dem Laufwerksrahmen 2 verbunden sind, wodurch Querauslenkung des Laufwerksrahmens radiale Steuerung der Radsätze bewirkt. Die erfindungsgemäß angeordneten Dämpfer 11 und 11′ sind in den Punkten 12 und 12′ an den Tatzlagermotoren 33 angelenkt.

Fig. 6 zeigt ein Anwendungsbeispiel, indem die Radsätze 1 durch Lenker­ gestänge 43, 43′, 44 mit am Laufwerksrahmen 24 gelagerten Winkelhebeln 45, 45′ geführt sind und eine Koppelstange 46 die Gestänge der Radsätze 1 miteinander verbindet.

Wahlweise ist noch ein mittlerer, beispielsweise mit Querspiel 51, 51′ in den Radsatzlagern versehener Radsatz 1′ angeordnet (gestrichelt gezeichnet). Wahlweise sind auch Antriebsmotoren 31 vorgesehen (nur für einen Radsatz gezeichnet).

Die erfindungsgemäß angeordneten Dämpfer 11 und 11′ sind in den Punkten 12 und 12′ an dem Gestänge angelenkt und dämpfen bei der Ausführungs­ form mit Mittelradsatz nur die Bewegungen der Endradsätze gegenein­ ander.

Fig. 7 zeigt ein Anwendungsbeispiel mit durch Koppelrahmen 26, 27, 27′ verbundenen Radsätzen, wobei der Koppelrahmen eine Biege- und Torsions­ steifigkeit zwischen den Radsätzen darstellt, in der Figur durch Zug- Druck-Feder- und Biegefedereigenschaften der Zwischenglieder 27 und 27′ dargestellt.

Die erfindungsgemäß angeordneten Dämpfer 11 und 11′ sind in den Punkten 12 und 12′ an dem Koppelrahmen angelenkt und dämpfen die Drehbewegungen der Radsätze gegeneinander.

Fig. 8 zeigt ein Anwendungsbeispiel mit zwei wie in Fig. 2 an den Rad­ satzlagern 3 mit den Punkten 24 und 24′ angreifenden Führungsrahmen 21 und 22, sowie einen diese verbindenden querverschiebbaren Gelenk 23 mit Quersteifigkeit 14 und Verdrehsteifigkeit 28, 28′.

Die erfindungsgemäß angeordneten Dämpfer 11 und 11′ sind mit ihren An­ lenkpunkten 12 und 12′ wiederum an den Führungsrahmen 21 und 22 be­ festigt, wobei zusätzlich zur Quersteifigkeit 14 eine Querdämpfung 15 vorgesehen ist, sodaß die relative Querbewegung und die relative Dreh­ bewegung der Radsätze zueinander gedämpft wird.

Claims (9)

1. Laufwerk für Schienenfahrzeuge mit mindestens auf zwei - mit Ra­ dialsteuerung/radialer Einstellbarkeit versehenen Radsätzen abge­ stützten ein/mehrteiligem Rahmen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Radsatzlagern (3)/Antriebslagern (32, 32′)/Koppelglied­ lagern (24, 24′; 25, 25′) des einen Radsatzes und denen des/der ande­ ren Radsätze Dämpfer (11, 11′) angeordnet sind, die die relative Drehbewegung zwischen den Radsätzen dämpfen.

2. Laufwerke nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfer als hydraulische Dämpfer ausgebildet sind.

3. Laufwerke nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfer als Reibungsdämpfer ausge­ bildet sind.

4. Laufwerke nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß als Dämpfungsglied gesteuerte Hydrau­ likzylinder angeordnet sind.

5. Laufwerk nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfer (11, 11′) an auf den Rad­ satzwellen gelagerten Antriebsteilen, mit den Radsatzlagern ver­ bundenen Koppelgliedern/Gestängeteilen angelenkt sind.

6. Laufwerk nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zwischen den Radsätzen den die Radsätze steuernden Führungsrahmen Querdämpfer (15) angeordnet sind, die die relative Querbewegung zwischen Radsätzen dämpfen.

7. Laufwerk nach Anspruch 1 und 2, sowie 5 und 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfer als hydraulische Dämpfer mit Kennlinien, die im unteren Bereich der Kolbengeschwindigkeit steilen Kraftanstieg und bei zunehmender Kolbengeschwindigkeit kon­ stante/weniger ansteigende/abfallende Kraftverläufe besitzen, ausgebildet sind.

8. Laufwerk nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß bei Drehgestellen zusätzlich Dreh­ dämpfer zwischen Drehgestell und Fahrzeugkasten angeordnet sind.

9. Laufwerk nach Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Querdämpfer/unter Winkeln von 20-70° gegenüber die vertikal geneigten Vertikaldämpfer zwischen Radsatzlagern und Laufwerksrahmen angeordnet sind.