DE4040303A1 - Einzelradfahrwerk fuer schienenfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Einzelradfahrwerk für Schienenfahrzeuge, insbesondere Nahverkehrsbahnen, bestehend aus einem zum Wagenkasten über Lenkerstangen geführten Fahrwerkrahmen, im Fahrwerkrahmen um eine Hoch­ achse in Lagergehäusen horizontal schwenkbar gelagerten Einzelrädern und den Wagenkasten gegenüber dem Fahrwerkrahmen abfedernden Luftfedern.

Zur Gewichtsreduzierung wird insbesondere bei Nahverkehrsbahnen unter Berücksichtigung der maximal zulässigen Achslast auf eine Achse des üblicherweise verwendeten Drehgestells verzichtet. Hierdurch läßt sich das Gewicht der Fahrwerke erheblich reduzieren. Bei den so entstehenden Einzelachsen oder Einzelrädern, falls auf eine Verbindung der Räder durch eine diese starr verbindende Achse verzichtet wird, den Einzelrädern eine radiale Stellung im Gleis zu vermitteln, die sich beim Drehgestell annä­ hernd selbst einstellt, müssen jedoch besondere Maßnahmen getroffen werden, um diese radiale Einstellung der Räder zu erreichen.

Das Ziel einer derartigen Konstruktion muß neben der radialen Einstellung der Räder eine möglichst wirtschaftliche Anordnung sämtlicher Fahrwerks­ komponenten sein. Dies betrifft sämtliche erforderlichen Komponenten, wie Motoren, Getriebestufen, Bremsgeräte, Federstufen und Anlenkungselemente sowie die Anordnung dieser Komponenten bezüglich einer aufwandsarmen Wartung.

Ein Einzelradfahrwerk zur Erfüllung der genannten Anforderungen ist in der Europäischen Patentanmeldung Nr. 03 08 720 vorbeschrieben. Die um eine Hochachse einzeln schwenkbaren Einzelräder stellen sich aufgrund deren geometrischen Anordnung selbsttätig passiv im Bogen radial ein. Die Achsschenkel sind in einem Fahrwerkrahmen gelagert, der seinerseits Motor-, Getriebe- und Bremselemente aufnimmt. Hierbei ist zur Überbrückung der räumlichen Distanz zwischen Einzelrad und Motor ein mehrstufiges Stirnradgetriebe erforderlich. Zur Kompensation des bei Antrieb oder Bremsung entstehenden Drehmomentes am Einzelrad sind außerdem zusätzliche Abstützungen erforderlich, die beispielsweise in den Europäischen Patent­ anmeldungen Nr. 03 11 868 und 03 08 760 vorbeschrieben sind. Der Aufwand an getriebetechnischen Komponenten ist somit bei dieser vorbeschriebenen Konstruktion sehr hoch.

Eine alternative Ausführung eines derartigen Fahrwerks, insbesondere für Niederflur-Stadtbahnwagen ist in der DE-OS 35 38 513 sowie in der Europä­ ischen Patentschrift 02 47 389 vorbeschrieben. Wesentlicher Bestandteil dieser Vorveröffentlichungen ist die Lagerung des einzeln schwenkbaren Einzelrades in einer Radführungsschwinge, die direkt am Wagenkasten angelenkt ist. Für eine derartige Schwingenführung ist jedoch zur Verar­ beitung des Querspiels zwischen Rad und Fahrzeug eine aufwendige Kon­ struktion der Schwingenführung am Wagenkasten in der Form erforderlich, daß eine Querverschiebung der Schwinge gegenüber dem Fahrzeug ermöglicht wird. Die sich durch unterschiedliches Querspiel des linken und rechten Rades, beziehungsweise der Schwinge ergebende Spurweitenänderung des Fahrwerks muß über eine, in oben genannter Anmeldung nicht enthaltene Zusatzvorrichtung kompensiert werden. Ein weiterer Nachteil dieser Kon­ struktion liegt darin, daß durch die Schwingenlagerung am Wagenkasten ein hoher Prozentsatz der zwischen Rad und Schiene entstehenden Stöße direkt in das Fahrzeug übergeleitet wird. Weiter stellt sich die Schwinge beim Auftreten von Stoßbelastungen, sowie bei Entlüftung der Luftfeder gegen­ über der Schienenoberkante schräg ein, so daß die Anordnung von Elementen, die waagerecht zur Schienenoberkante geführt werden müssen, beispielsweise eine Magnetschienenbremse, an dieser Schwinge nicht ohne weiteres möglich ist.

Die Aufgabe vorliegender Erfindung bestand darin, ein Einzelradfahrwerk für Schienenfahrzeuge mit Losrädern zu schaffen, bei dem der erforderliche Schwenkwinkel beim Kurvenlauf gemessen, dem Rad übermittelt und dieses entsprechend eingestellt wird, wobei bei Zielsetzung einer aufwandsarmen, einfachen Konstruktion die erforderlichen Aggregate für Antrieb und Bremsung so angeordnet sind, daß ein sicheres Fahrverhalten des Fahrwerks gewährleistet ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an jedem Lagergehäuse vor und hinter jedem Radaufstandspunkt je ein die Schiene abtastender Sensor angeordnet ist, von dem über einen Regler ein den Ausschlag des Einzelrades entsprechend der gemessenen Schienenkrümmung einstellender Stellzylinder beaufschlagt ist. Die mit dem Rad mitschwen­ kenden Sensoren stellen die Abweichung der Schienenlage gegenüber dem eingestellten Radeinschlagwinkel des Rades fest und geben diese Infor­ mation als Eingangsgröße in einen Regelkreis zur Ansteuerung der Stell­ zylinder und somit zur Korrektur des Radeinschlagwinkels ein. Durch eine redundante Anordnung beziehungsweise Auslegung der Komponenten dieses Regelkreises wird eine hohe Betriebszuverlässigkeit erreicht. Die aktive Lenkung der Einzelräder ermöglicht den Verzicht auf Winkelgetriebe und Drehmomentenabstützungen. Der Radeinschlag ist unempfindlich gegenüber der Veränderung der geometrischen Verhältnisse, zum Beispiel bedingt durch Fertigungstoleranzen des Fahrwerkrahmens oder durch Änderung des Rad- und Schienenprofils bei Verschleiß. Die Lage der Hochachse kann freizügig gewählt und somit auf die Verhältnisse des Fahrzeugs abgestimmt werden.

Gemäß der Erfindung sind die Lagergehäuse jeden Einzelrades eines Fahr­ werkrahmens durch eine Stellstange gelenkig miteinander verbunden. Diese Stellstange stellt eine zusätzliche Sicherung zur Ausmittelung bei gemes­ senen Abweichungen der Schienenlage der einzelnen Einzelräder dar und ermöglicht eine Minimierung der erforderlichen Stellzylinder.

Gemäß der Erfindung sind die den Fahrwerkrahmen führenden Lenkerstangen als Parallelogrammlenker ausgebildet. Durch diese Konstruktion ist ge­ währleistet, daß der Fahrwerkrahmen mit allen an ihm befestigten Kompo­ nenten bei Einfederung des Wagenkastens gegenüber dem Fahrwerkrahmen stets in waagerechter Position verbleibt. Vorteilhaft ist jede Luftfeder auf dem Fahrwerkrahmen etwa über dem Lagergehäuse angeordnet. Hierdurch wird der Fahrwerkrahmen von störenden Biegemomenten weitgehend freigehalten.

Gemäß der Erfindung sind bei einem angetriebenen Einzelrad in dem Lager­ gehäuse jeden Einzelrades Antriebsmotor, Getriebe und Bremse integriert. Durch diese Anordnung werden auf vorteilhafte Weise vorzufertigende Fahrwerkskomponenten gebildet, die wirtschaftlich montierbar und aufwands­ arm gewartet werden können.

An jedem Lagergehäuse sind gemäß der Erfindung fest Ausleger zur Aufnahme der Sensoren und Magnetschienenbremsen angeordnet. Durch die Gewährlei­ stung der horizontalen Lage des Lagergehäuses können Sensoren und Magnet­ schienenbremsen an dem am Lagergehäuse befestigten Ausleger wirtschaftlich und betriebssicher angeordnet werden.

Gemäß der Erfindung ist der Fahrwerkrahmen im Grundriß U-förmig ausge­ führt, wobei die Hochachse zur Aufnahme der Lagergehäuse nahe den freien Enden der Schenkel des U-Profils und die Lenkerstangen an der Basis des Fahrwerkrahmens angeordnet sind. Gemäß der Erfindung sind weiter mittig an der Basis des Fahrwerkrahmens Anschläge angeordnet, die mit einem An­ schlagstück des Wagenkastens zusammenwirkend das erforderliche Querspiel des Fahrwerkrahmens gegenüber dem Wagenkasten begrenzen.

Gemäß einer alternativen Ausführung des Einzelfahrwerks ist bei einem angetriebenen Einzelrad der Antriebsmotor am Wagenkasten befestigt und über eine längenveränderliche Kardanwelle mit dem im Lagergehäuse des Einzelrades angeordneten Getriebe drehfest verbunden. In dieser alterna­ tiven Ausführung wird der Antrieb nicht direkt in die Radnabe integriert, sondern so angeordnet, daß sich zwischen Motor und Radeinheit eine längen­ veränderliche Kardanwelle zur Drehmomentübertragung befindet. Der Fahrmo­ tor kann sowohl auf dem Fahrwerkrahmen als auch im Fahrzeug selbst befe­ stigt werden. Hierdurch wird gegenüber den Vorveröffentlichungen eine erhebliche Vereinfachung der Konstruktion erreicht.

Insgesamt erlaubt die Erfindung die Konzeption eines aufwandarmen, leich­ ten und wirtschaftlichen Fahrwerks. Der Aufwand für die aktive Regelung des Radeinschlags wird kompensiert durch den Verzicht auf aufwendige getriebetechnische Elemente, komplizierte Schwingenlagerungen und extreme Genauigkeitsanforderungen bei der Fertigung von passiv selbstlenkenden Einzelradfahrwerken.

Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 die Draufsicht auf ein Einzelradfahrwerk gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung,

Fig. 2 den Schnitt nach Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 die Seitenansicht des Einzelradfahrwerks nach Fig. 1 in schematischer Darstellung,

Fig. 4 das Einzelradfahrwerk nach Fig. 1 gemäß einem zweiten Aus­ führungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 5 das Einzelradfahrwerk nach Fig. 1 gemäß einem dritten Aus­ führungsbeispiel der Erfindung.

Der in seinem Grundriß etwa U-förmige Fahrwerkrahmen 1 ist über als Parallelogrammlenker angeordnete Lenkerstangen 2 längsgeführt und vertikal gelenkig an dem Wagenkasten 3 gelagert. An den freien Enden der Schenkel des U-förmigen Fahrwerkrahmens 1 sind um eine Hochachse 4 horizontal schwenkbar Einzelräder 5 an Lagergehäusen 7 drehbar angeordnet. Vertikal oberhalb der Hochachse 4 lagert zwischen Fahrwerkrahmen 1 und Wagenkasten 3 je eine Luftfeder 6, den Wagenkasten 3 gegenüber dem Fahrwerkrahmen 1 abfedernd. Zur Begrenzung des horizontalen Querausschlags des Fahrwerkrah­ mens 1 sind mittig an der Basis des Fahrwerkrahmens 1 Anschläge 18 ange­ ordnet, die mit Spiel beidseitig gegen ein Anschlagstück 19 des Wagenka­ stens 3 wirken. Jedes Einzelrad 5 lagert drehbar auf dem Lagergehäuse 7, das über Schwenklager 8 horizontal schwenkbar um die Hochachse 4 gelagert ist, Antriebsmotor 9 und Getriebe 10 beinhaltet und auf seiner Außenseite axial eine Bremsscheibe 11 trägt. An dem Lagergehäuse 7 ist weiter je ein Ausleger 14 befestigt, der die Magnetschienenbremse 15 trägt. Nach dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Ausleger 14 jeden Lagergehäuses 7 durch eine gelenkig an ihnen befestigt Stellstan­ ge 16 miteinander verbunden. An dem Lagergehäuse 7 oder dem Ausleger 14 ist vor und hinter dem Radaufstandspunkt jeden Einzelrades je ein die Schienenlage abtastender induktiv wirkender Sensor 12 angeordnet. Jedes Sensorpaar 12 stellt bei Abweichung der Schienenlage gegenüber dem einge­ stellten Stellwinkel des Einzelrades die Abweichung fest und gibt diese Information als Eingangsgröße in einen nicht dargestellten Regelkreis zur Ansteuerung des Stellzylinders 13 weiter. Der Stellzylinder 13 stellt anschließend den erforderlichen Radeinstellwinkel ein.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung be­ inhaltet das Lagergehäuse 7 lediglich das Getriebe 10 und trägt axial auf seiner Außenseite die Bremsscheibe 11. Der Antriebsmotor 9 ist bei diesem Ausführungsbeispiel an dem Wagenkasten 3 selbst befestigt. Längenveränder­ liche Kardanwellen 17 verbinden jeweils Antriebsmotor 9 und Getriebe 10.

Claims (9)

1. Angetriebenes Einzelradfahrwerk für Schienenfahrzeuge, insbesondere Nahverkehrsbahnen, bestehend aus einem zum Wagenkasten über Lenkerstangen geführten Fahrwerkrahmen, im Fahrwerkrahmen um eine Hochachse in Lagerge­ häusen horizontal schwenkbar gelagerten Einzelrädern und den Wagenkasten gegenüber dem Fahrwerkrahmen abfedernden Luftfedern, dadurch gekennzeich­ net, daß an jedem Lagergehäuse (7) vor und hinter jedem Radaufstandspunkt je ein die Schiene abtastender Sensor (12) angeordnet ist, von dem über einen Regler ein den Ausschlag des Einzelrades (5) entsprechend der gemessenen Schienenkrümmung einstellender Stellzylinder (13) beaufschlagt ist.

2. Einzelradfahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagergehäuse (7) jedes Einzelrades (5) eines Fahrwerkrahmens (1) durch eine Stellstange (16) gelenkig miteinander verbunden sind.

3. Einzelradfahrwerk nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die den Fahrwerkrahmen (1) führenden Lenkerstangen (2) als Parallelogrammlenker angeordnet sind.

4. Einzelradfahrwerk nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß jede Luftfeder (6) auf dem Fahrwerkrahmen (1) etwa über dem Lagergehäuse (7) angeordnet ist.

5. Einzelradfahrwerk nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß bei einem angetriebenen Einzelrad in dem Lagergehäuse (7) jeden Einzelrades (5) Antriebsmotor (9), Getriebe (10) und Bremsscheibe (11) integriert sind.

6. Einzelradfahrwerk nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß an jedem Lagergehäuse (7) fest Ausleger (14) zur Aufnahme von Magnetschienenbremsen (15) und Sensoren (12) angeordnet sind.

7. Einzelradfahrwerk nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Fahrwerkrahmen (1) im Grundriß U-förmig ausgeführt ist, wobei die Hochachse (4) zur Aufnahme der Lagergehäuse (7) nahe den freien Enden der Schenkel des U-Profils und die Lenkerstangen (2) an der Basis des Fahrwerkrahmens (1) angeordnet sind.

8. Einzelradfahrwerk nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß mittig an der Basis des Fahrwerkrahmens (1) Anschläge (18) angeordnet sind, die mit einem Anschlagstück (19) des Fahrzeugs (3) zusammenwirkend das Querspiel des Fahrwerkrahmens (1) gegenüber dem Fahrzeug (3) begrenzen.

9. Einzelradfahrwerk nach den Ansprüchen 1 bis 4 und 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (9) am Fahrzeug (3) befestigt und über eine längenveränderliche Kardanwelle (17) mit dem im Lagergehäuse (7) des Einzelrades (5) angeordneten Getriebes (10) drehfest verbunden ist.