DE69103979T2

DE69103979T2 - Drehgestell mit angetriebenen Losrädern für Schienenfahrzeuge.

Info

Publication number: DE69103979T2
Application number: DE69103979T
Authority: DE
Inventors: Alain Devallez; Jean-Michel Petit
Original assignee: GEC Alsthom SA
Current assignee: Alstom Holdings SA
Priority date: 1990-07-05
Filing date: 1991-07-02
Publication date: 1995-01-19
Anticipated expiration: 2011-07-03
Also published as: FR2664222B1; CA2046204C; EP0465346B1; US5181473A; CA2046204A1; ATE111401T1; DE69103979D1; EP0465346A1; DK0465346T3; ES2064058T3; FR2664222A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drehgestell mit angetriebenen, unabhängigen Rädern, das sowohl für Schienenfahrzeuge des Nahverkehrs als auch für Hochgeschwindigkeitszüge bestimmt ist.
Das Konzept eines Drehgestells mit unabhängigen Rädern besitzt zahlreiche Vorteile, insbesondere in den Bereichen:
- der hohen Reisegeschwindigkeiten, denn die Stabilität eines solchen Drehgestells, die durch seine kritische Geschwindigkeit gekennzeichnet ist, ist sehr hoch;
- der Nahverkehrszüge mit tiefliegendem Boden, weil es dann keine Achswelle gibt, die dem Durchgang des Bodens im Wege stehen kann, dessen Niveau relativ zu den Schienen so tief wie möglich liegen soll.
Drehgestelle dieser Art mit unabhängigen Rädern sind bereits im Fall der antriebslosen Drehgestelle verwirklicht worden.
Für die Herstellung eines Antriebsfahrgestells mit unabhängigen Rädern sind bereits einige Motorisierungskonzepte vorgeschlagen worden, insbesondere mit einem Motor, der jedes Rad antreibt. Dennoch sind diese Lösungen noch nicht befriedigend, denn sie beziehen sich:
- entweder auf die Motorisierung eines einzigen Radsatzes und begrenzen daher die damit in Verbindung stehende Masse des Fahrzeugs,
- oder auf ein Drehgestell mit vier angetriebenen Rädern, wobei dann allerdings die Getriebemotorgruppe nicht aufgehängt ist und Bestandteil des entsprechenden Rades ist.
Um diesen Nachteilen abzuhelfen, wird eine Kraftübertragung mit einem vollständig aufgehängten Motor, die vollständige Motorisierung des Drehgestells und eine nivellierte Drehgestellaufhängung geringen Raumbedarfs nach oben hin vorgeschlagen, wie es bei einem Drehgestell für Personenzüge sein soll.
Ein solches Drehgestell besteht hauptsächlich aus einem tragenden Chassis, das den Kasten trägt. Die Verbindungen zwischen den Rädern und dem Chassis über schwenkbar gelagerte Arme werden durch elastische Gelenke gemäß einer in der Automobil- und in der Eisenbahntechnik bekannten Anordnungsweise erhalten. Allerdings haben diese schwenkbaren Arme (oder gezogenen Arme) die Besonderheit, daß sie selber die Kraftübertragungsgehäuse bilden und den Fahrmotor tragen können, der somit vollständig aufgehängt ist.
Gegenstand der Erfindung ist also ein Drehgestell mit angetriebenen, unabhängigen Rädern für Schienenfahrzeuge, mit einem tragenden Querchassis, wobei die Räder mit dem Chassis durch Arme verbunden sind, die am Chassis durch elastische Gelenke schwenkbar angelenkt sind, wobei jeder Arm einen Fahrmotor trägt dadurch gekennzeichnet, daß jeder Motor relativ zu dem von ihm angetriebenen Rad achsmäßig versetzt ist und daß jeder Arm ein Kraftübertragungsgehäuse zwischen dem Motor, den er trägt, und dem entsprechenden Rad bildet.
Ein besseres Verständnis der Erfindung und weitere Vorteile derselben ergeben sich beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung, die nicht beschränkend zu verstehen ist und zu der die beigefügten Zeichnungen gehören.
Figur 1 stellt das Prinzipschema eines Drehgestells mit angetriebenen unabhängigen Rädern gemäß der Erfindung dar.
Figur 2 stellt einen Gelenkarm des Drehgestells gemäß der Erfindung dar.
Figur 3 stellt einen Abschnitt des Drehgestells gemäß der Erfindung in der Draufsicht dar.
Figur 4 ist eine Außenansicht eines Teils des Drehgestells gemäß der Erfindung.
Figur 5 ist eine schematische Ansicht einer Variante des Drehgestells gemäß der Erfindung.
Figur 6 ist eine Detailansicht der in Figur 5 schematisch dargestellten Ausführungsvariante.
Figur 7 ist eine weitere Detailansicht der in Figur 5 schematisch dargestellten Ausführungsvariante, und
Figur 8 stellt eine Einzelheit des Drehgestells gemäß der Erfindung dar, das ein besonderes pneumatisches Aufhängungssystem verwendet.
Figur 1 stellt schematisch ein Drehgestell mit vier unabhängigen Rädern gemäß der Erfindung dar. Das Drehgestell enthält ein tragendes Querchassis 1, bestehend aus einem Querträger 2, der an jedem Ende in einem waagrechten, senkrecht zum Querträger ausgerichteten Längsträger 3 endet. Das Chassis hat also die allgemeine Form eines großen 1. Die Verbindungen zwischen den Rädern 4 und dem Chassis 1 werden durch Schwenkarme 5 hergestellt. Ein elastisches Gelenk 6 bewirkt die Verbindung zwischen jedem Arm 5 und dem entsprechenden Ende eines Längsträgers 3. Die Schwenkarme 5 dienen dem Zweck, die Fahrmotoren der Räder zu tragen. Sie bilden auch die Kraftübertragungsgehäuse zwischen den Motoren und den Rädern. Die Motoren sind somit vollständig aufgehängt.
Die Erfindung ermöglicht die Konzeption einer besonderen Aufhängung für das Fahrgestell. Es ist nämlich möglich, die eigentliche Aufhängung, die das Leergewicht des Fahrzeugs aufnimmt, funktional von der zusätzlichen Nivellieraufhängung zu trennen, die dem veränderlichen Gewicht des von den Reisenden besetzten Fahrzeugs ausgesetzt ist. Diese getrennte Aufhängung wird durch Glieder bewirkt, die, obwohl sie unterschiedlich sind, nahe beieinander angeordnet werden können. Das Leergewicht des Fahrzeugs wird von den Aufhängegliedern 7 aufgenommen, die aus Spiralfedern, Torsionsstäben oder Kautschuk-Metalleinheiten bestehen können. Die zusätzliche Nivellieraufhängung wird durch ein Aufhängeglied 8 bewirkt. Die Aufhängeglieder 7 und 8 können waagrecht und seitlich zwischen senkrechten Stützen 9 angeordnet sein, die mit den Schwenkarmen 5 in der Nähe der Gelenke 3 fest verbunden sind. Wie Figur 1 zeigt, sind die Aufhängeglieder parallel zu den Schienen angeordnet.
Ein Lastquerträger 10, der fest mit dem Fahrzeugkasten verbunden ist, liegt beispielsweise über zwei lamellierten Kautschuk-Metallblöcken 11 auf dem Chassis 1 auf. Diese Blöcke 11 ermöglichen gemäß einer klassischen Anordnung die Queraufhängung des Fahrzeugs.
Der Antrieb und die Drehung des Kastens können durch herkömmliche Mittel wie Längslenker und einen Kranzring mit Richtungsdrehzapfen bewirkt werden.
Figur 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Schwenkarms 5. Der Schwenkarm 5, den man auch als Motorarm bezeichnen kann, da er als Kraftübertragungsgehäuse zwischen dem Motor und dem Rad dient, besteht aus zwei miteinander fest verbundenen Teilen, nämlich einer Gabel und einem Sattel.
Die Gabel enthält einen ersten Schenkel 51 und einen zweiten Schenkel 52, die durch einen Endsteg 53 miteinander verbunden sind. Die beiden Schenkel 51 und 52 haben unterschiedliche Abmessungen. Der Schenkel 51 nimmt ein größeres Volumen ein als der Schenkel 52, weil er zur Aufnahme der Übertragungsglieder zwischen Motor und Rad bestimmt ist. Die Schenkel 51 und 52 weisen jeweils Lager 54 bzw. 55 auf, die auf der Seite des Stegs 53 angeordnet sind. Die gelenkige Verbindung des Arms am Chassis kann mit Hilfe einer Achse erfolgen, die die Lager 54 und 55 sowie ein Lager 31 durchqueren, wobei letzteres am Ende des Längsträgers 3 des Chassis angeordnet ist.
Die Schwenklager können vorteilhafterweise aus Kautschuk-Metallteilen bestehen, die in der Lage sind, elastisch den Antriebskräften des Arms beim Vorliegen von Zug- und Bremsmomenten sowie den aufgrund der Führung des Rades auf dem Gleis auftretenden Querkräften zu widerstehen.
Auf der der Gelenkverbindung entgegengesetzten Seite stützt sich die Gabel auf zwei Achsstummeln des Rades ab, das in der Gabel durch Kugellager gehalten wird.
Die freien Enden der Schenkel 51 und 52 können vom übrigen Teil des Arms in den durch die Achse des Rads verlaufenden Verbindungsebenen 56 und 57 abgelöst werden, derart, daß das Rad montiert und demontiert werden kann.
Der Sattel ist der Abschnitt, der den Fahrmotor trägt. Er ist in der Nähe des Gelenks und des Verbindungsstegs der beiden Schenkel angeordnet. Er kann aus einer Metallplatte, die zwischen den beiden Schenkel angeordnet ist, oder aus Stegen bestehen, von denen einer der Endsteg 53 sein kann. Die Befestigung des Motors kann durch Schrauben erfolgen. Der Motor wird auf dem Sattel so befestigt, daß die Achse des Motors einen Satz von Zahnrädern antreiben kann, die sich im Inneren des Schenkels 51 befinden, der dann als Gehäuse dient. Der Motor wird vorzugsweise so angeordnet, daß seine Achse relativ zum Rad waagrecht und quer verläuft.
In Figur 3 ist ein Abschnitt eines Drehgestells dargestellt, das einen Satz von Rädern 4 aufweist, die in den Aufnahmeräumen angeordnet sind, welche ihnen die Schwenkarme 5 bieten. Die Arme 5 sind mit dem tragenden Chassis 1 schwenkbar durch nicht dargestellte elastische Gelenke verbunden. In dieser Figur kann man die Antriebsmotoren 20 in Anlage auf den Armen 5, auf Torsionsstäben 70 und Nivellierzusatzaufhängungsgliedern 8 sehen. Die Welle 21 eines Motors 20 treibt über einen Satz von Zahnrädern 22 den Achsstummel 42 des entsprechenden Rades an. Jeder Torsionsstab 70 ist an einer Seite mit einem Vorsprung 12 des mittleren Teils des Chassis, und an der anderen Seite mit einem Schwenkarm 5 verbunden. Die Torsionsstäbe 70 dienen als Leergewichtaufhängungsglieder des Fahrzeugs und spielen somit die gleiche Rolle wie die in Figur 1 mit 7 bezeichneten Glieder. Die Zusatzaufhängungsglieder 8, die als pneumatische Elemente dargestellt sind, sind zwischen den mit den Aufhängungsarmen fest verbundenen Stützen angeordnet. Diese Glieder 8 können auch aus anderen elastischen Elementen variabler Flexibilität bestehen, wie etwa aus Kautschuk-Metallblöcken, aus hydraulischen oder hydropneumatischen Hubzylindern. Die Auflager der genannten Glieder können Stützen sein, wie das schematisch in Figur 1 dargestellt ist, oder sie können durch die Fahrmotoren selber gebildet werden.
Diese Anordnung von funktional getrennten Aufhängungen führt zu einem geringen Raumbedarf der Höhe nach. Weiter ermöglicht sie eine günstigere Bemessung der Komponenten sowie der zugehörigen Fluidversorgungen, da die Zusatzaufhängung nur einen Teil der Gesamtbelastung trägt.
Das Bremssystem kann Scheiben 40 umfassen, die auf den Achsstummeln 43 der Räder 4 befestigt sind. Bremsbügel 41, die die Betätigungselemente der Bremsschuhe tragen, können an den Fahrmotoren selber befestigt sein. Die Bremseinheit selber wird durch einen elektromagnetischen Bremsschuh ergänzt, der sich auf den beiden Zugarmen abstützt, die zwischen den Rädern desselben Schienenstrangs angeordnet sind.
In Figur 4 erkennt man ein Rad 4 des Drehgestells, seinen Schwenkarm 5, der durch den Schenkel 51 sichtbar ist und das elastische Gelenk 6 des Arms am Chassis 1. Der durch den Schenkel 51 verdeckte Motor 20 trägt die Stütze 9, an der eine Fläche des Zusatzaufhängungselements 8 befestigt ist. Das Chassis 1 stützt den Querträger 10 über den elastischen Block 11. Der Schwenkarm 5 kann einen elektromagnetischen Schuh 32 je Schienenstrang tragen.
Das Drehgestell gemäß der Erfindung ermöglicht die Konzeption einer Anordnung, die für die Ausbildung der senkrechten Aufhängung besonders interessant ist. Diese Anordnung ist in Figur 5 dargestellt, in der die gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Figuren die gleichen Elemente bezeichnen. Der Lastquerträger 10 ist in die Nivellierzusatzaufhängung einbezogen, um Mittenpunkte für die Zusatzaufhängungsfedern 81 zu bilden, unabhängig von der Art derselben. Diese Anordnung ermöglicht es, den auf den Queraufhängungsblöcken 11 angeordneten Lastquerträger selber im Gleichgewicht zu halten, und die Antriebskräfte elastisch über die Aufhängung selber zu übertragen. In Figur 5 bezeichnen die Bezugszeichen 13 diejenigen Elemente des Querträgers, die als Mittenpunkte für die Federn der Zusatzaufhängung dienen. In Figur 6, die eine Detailansicht des in Figur 5 schematisch dargestellten Drehgestells ist, sind diese Elemente durch die Bezugszeichen 130 bezeichnet. Diese Elemente können Metallklötze sein, die auf dem Lastquerträger aufsitzen. Wie ersichtlich, ist die Stütze 91, an der ein Abschnitt des Aufhängungsgliedes 81 befestigt ist, in anderer Weise auf dem Motor 20 angeordnet.
Gemäß Figur 7 handelt es sich bei den Zusatzaufhängungsgliedern um Hubzylinder 82, die ihre Wirkung zwischen den auf dem Querträger aufsitzenden Klötzen 131 und den fest mit den Motoren verbundenen Stützen 92 ausüben.
Gemäß Figur 8 handelt es sich bei dem Lastquerträger 10, im Querschnitt betrachtet, um einen hermetisch geschlossenen Kastenträger, der eine untere, zu den Queraufhängungsblökken 11 gehörige Fläche 61, eine obere Fläche 62, die den Wagenkasten trägt, zwei Seitenflächen 63 und 64, die je ein zentrales Loch und zwei Membrane 65 und 66 aufweisen, die von einem zentralen Loch durchbohrt sind und Luftkissen bilden. Die Membranen 65 und 66 sind in ihrer Mitte an zwei rohrförmigen Trägern 71 und 72 befestigt, die jeweils mit ihrem Boden 73 bzw. 74 an den Stützen 93 der Fahrmotoren befestigt sind. Die Membranen 65 bzw. 66 sind hermetisch mit der oberen Seite 62 bzw. mit der unteren Seite 61 über Befestigungselemente 67 verbunden, die durch ihre Achsen angedeutet sind. Sie sind außerdem mit den rohrförmigen Trägern hermetisch über Befestigungselemente 68 verbunden, die ebenfalls durch Achsen angedeutet sind und die innere Anschläge 69 enthalten, die für einen minimalen Abstand zwischen den Stützen 93 sorgen. Äußere Anschläge 75, die beispielsweise mit der oberen Fläche 62 zusammenhängen und Gegenanschlägen 76 zugeordnet sind, die mit den Böden 73 und 74 fest verbunden sind, dienen dazu, eine zu großen Abstand der Stützen 93 zu verhindern. Diese beiden Anschlagstypen ermöglichen das Anheben des Drehgestells und die Bildung eines Hilfsanschlags, falls es an Aufhängungsfluid mangelt. Das innere Volumen dieser Struktur ermöglicht die Einbeziehung der Aufhängungsfeder 7 der Leergewichtsaufhängung, was den Platzbedarf der Gesamteinheit verringert. Wie bei den anderen pneumatischen Aufhängungsgliedern enthält der Wagenkasten eine Einrichtung, die es ermöglicht, im Inneren einen Druck herzustellen, der dem Abstand zwischen den Stützen proportional ist.

Claims

1. Drehgestell mit angetriebenen, unabhängigen Rädern für Schienenfahrzeuge, mit einem den Kasten des Fahrzeugs tragenden Querchassis (1), wobei die Räder (4) mit dem Chassis durch Arme (5) verbunden sind, die am Chassis durch elastische Gelenke (6) angelenkt sind, wobei jeder Arm einen Fahrmotor (20) trägt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Motor relativ zu dem von ihm angetriebenen Rad achsmäßig versetzt ist, und daß jeder Arm (5) ein Kraftübertragungsgehäuse zwischen dem Motor (20), den er trägt, und dem entsprechenden Rad (4) bildet.

2. Drehgestell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Arm (5) aus einer Gabel, in der ein Rad (4) dreht, und aus einem Sattel besteht, der als Träger eines Fahrmotors (20) dient, wobei die Gabel zwei Schenkel (51, 52) aufweist, die durch einen Endsteg (53) miteinander verbunden sind.

3. Drehgestell nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Schenkel (51) eines Arms (5) das Kraftübertragungsgehäuse bildet.

4. Drehgestell nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes elastische Gelenk (6) aus einer Achse besteht, die in Lagern (54, 55, 31) gefaßt ist, die von dem entsprechenden Arm (5) und dem Chassis (1) getragen werden.

5. Drehgestell nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (5) Stützen (9) tragen, wobei Vertikalaufhängungseinrichtungen (7, 8) zwischen den Stützen befestigt sind, die auf einer gleichen Seite des Drehgestells angeordnet sind.

6. Drehgestell nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertikalaufhängungseinrichtungen ein Nivellierzusatz-Aufhängungsglied (8) und ggf. ein Leergewichtsaufhängungsglied (7) des Fahrzeugs aufweisen.

7. Drehgestell nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Stützen befestigten Vertikalaufhängungseinrichtungen ein Nivellierzusatzaufhängungsglied (8) aufweisen und daß ein Torsionsstab (70) zwischen einem Arm (5) und dem Chassis (1) befestigt ist und als Leergewichtaufhängungsglied des Fahrzeugs dient.

8. Drehgestell nach einem beliebigen der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützen (9) auf den Armen (5) über die Fahrmotoren (20) befestigt sind.

9. Drehgestell nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lastquerträger (10), der zum Tragen des Kastens des Fahrzeugs bestimmt ist, über elastische Einrichtungen (11) auf dem Chassis (1) befestigt ist.

10. Drehgestell nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Vertikalaufhängungseinrichtungen zwischen den Stützen (9) befestigt sind, die von den Armen (5) getragen und auf einer gleichen Seite des Drehgestells angeordnet sind, und daß der Lastquerträger (10) für die Vertikalaufhängungseinrichtungen (81) einen Mittenpunkt bildet.

11. Drehgestell nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastquerträger (10) ein hermetisch geschlossener Kastenträger ist, der eine pneumatische Aufhängung bildet und als Nivellierzusatzaufhängungsglied dient, wobei sich der Kastenträger zwischen Stützen (93) erstreckt, die von den Armen (5) getragen werden und die seitlich auf einer gleichen Seite des Drehgestells angeordnet sind.

12. Drehgestell nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kastenträger innere Anschläge (69) aufweist, die zwischen zwei seitlichen Stützen (93) die Einhaltung eines Mindestabstands bewirken.

13. Drehgestell nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kastenträger äußere Anschläge (75) aufweist, die zwischen zwei seitlichen Stützen (93) die Einhaltung eines Höchstabstands bewirken.

14. Drehgestell nach einem beliebigen der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aufhängungsglied (7) zum Tragen des Leergewichts des Fahrzeugs zwischen zwei seitlichen Stützen (93) angeordnet ist.