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Die Erfindung betrifft ein Drehgestell
eines Schienenfahrzeugs und ein Herstellungsverfahren für einen
Längsträger für ein solches
Drehgestell.
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Ein Drehgestell eines Schienenfahrzeugs
ist dazu bestimmt, ein Fahrzeug, wie einen Wagenkasten oder einen
Triebwagen, im Auflager auf mehreren Rädern, die auf Achsen verteilt
sind, zu tragen. In Anbetracht der Massen der Wagenkästen und
der Triebwagen und der Geschwindigkeit ihrer Fortbewegung sind die
Beanspruchungen dieser Materialien auf Grund von Beschleunigungen,
insbesondere bei Richtungswechseln, bedeutend, so dass es üblich ist,
Drehgestelle in der Form von massiven Stücken aus Stahl oder von mechanisch
geschweißten
Strukturen auszuführen.
Diese massiven Stücke
und diese mechanisch geschweißten
Strukturen sind starr und müssen
mit Systemen zur Aufhängung
und zur Schwingungsdämpfung
ausgerüstet
sein, um das Wohlbefinden der Mitreisenden oder die Unterdrückung von
Erschütterungen,
die von Unregelmäßigkeiten
des Schienenweges, auf dem das Material verkehrt, herrühren, sicherzustellen.
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Aus der europäischen Patentanmeldung 0 031
008 ist ein Drehgestell eines Schienenfahrzeugs bekannt, das in
Verbundmaterial ausgeführte
Stege in Form eines H umfasst. Diese Stege gestatten nicht, die
Beanspruchungen auf Grund von vertikalen und transversalen Beschleunigungen
der Gegenstände
in Bewegung wirkungsvoll zu absorbieren, und sie gestatten nicht
das Anbringen von Zusatz- oder Sicherheitselementen wie eines Motors,
eines Bremssystems oder eines Regelungssystems. Um wirkungsvoll
den dynamischen Spannungen stand zu halten, denen sie unterworfen
sind, müssten
diese Stege einen beachtlichen Querschnitt haben, was einen beträchtlichen
Verbrauch von Verbundmaterial mit sich bringen würde. Dies würde die Her stellungskosten
des Drehgestells in die Höhe
treiben und könnte
technische Probleme beim Formen stellen.
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Diesen Unzuträglichkeiten beabsichtigt die Erfindung
abzuhelfen, indem sie ein Drehgestell vorschlägt, dessen Längsträger eine
solche Form haben, dass sie wirkungsvoll an der Aufhängung des Fahrzeugs
teilnehmen.
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In diesem Sinn betrifft die Erfindung
ein Drehgestell eines Schienenfahrzeugs, wobei dieses Drehgestell
im Auflager mit Rädern
ist, die auf mindestens zwei Achsen verteilt sind, wobei Längsträger vorgesehen
sind, um die Achsen mit einem Mittelteil des Drehgestells zu verbinden,
dadurch gekennzeichnet, dass die Längsträger aus einem als abgeflachte
Schleife ausgebildeten und in einer im Ganzen vertikalen Ebene befindlichen
federnden Stab gebildet werden, wogegen der Stab senkrecht zu dieser
Ebene angeordnet ist.
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Dank der Erfindung erlaubt die Geometrie des
Längsträgers ihm,
gleichzeitig sicherzustellen:
- – eine Funktion
des Haltens des Fahrzeugs zwischen den Achsen,
- – eine
Funktion der Aufhängung
des Schienenfahrzeugs,
- – eine
Funktion der Dämpfung
der Erschütterungen
zwischen den Achsen und dem Fahrzeug,
- – und
dies bei vollständiger
Sicherstellung der Mitnahme des Wagenkastens oder des Triebwagens mit
den Funktionen des Antriebs, der Bremsung und der Führung auf
den Schienen.
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Überdies
gestattet es die besonders einfache Geometrie des Längsträgers, attraktive
Kosten zu erreichen, was die Wirtschaftlichkeit des Drehgestells
im Ganzen verbessert.
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Gemäß einer ersten vorteilhaften
Ausführungsform
der Erfindung ist der federnde Stab aus Verbundmaterial auf der
Grundlage von mit Fasern zur Verstärkung beladenem Kunststoffharz
ausgeführt.
In diesem Fall ist das verwirklichte Drehgestell deutlich leichter
als die herkömmlichen
Vorrichtungen aus Stahl, was es erlaubt, die mit dem Fahrzeug beförderte Ladung
zu erhöhen.
Die Nachgiebigkeit eines Verbundmaterials erlaubt ihm, eine wirkungsvolle
Dämpfung
der meistens an einem Drehgestell wirksamen Schwingungsfrequenzen
zu erreichen. Ferner kann ein erfindungsgemäßes Drehgestell aus Verbundmaterial
leichter als ein herkömmliches Drehgestell
hergestellt werden, insbesondere wegen seiner einfachen Geometrie.
Das Verbundmaterial kann auf Grundlage von Epoxid- oder Phenol-
oder anderem Harz sein, das mit Fasern aus Glas, Kohlenstoff, Carbon – Aramid
und/oder anderen spezifischen Fasern beladen ist, die es gestatten,
einen etwaigen Ausfall des Materials aufzuspüren.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform
der Erfindung kann der federnde Stab aus Metall, vorzugsweise aus
Federstahl, ausgeführt
sein. Diese zweite Ausführungsform
gestattet es, ein herkömmliches
Material zu verwenden, dessen Eigenschaften auf dem Gebiet des Schienenfahrzeugbaus
gut bekannt sind.
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Gemäß einem anderen vorteilhaften
Aspekt der Erfindung umfasst das Drehgestell mindestens einen Stoßdämpfer, der
im Innenraum des Längsträgers angeordnet
ist. Dieser Stoßdämpfer wird
in Abhängigkeit
von den elastischen Verformungen des Stabes, der den Längsträger bildet,
beansprucht.
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Gemäß einem anderen vorteilhaften
Aspekt der Erfindung besteht der federnde Stab aus zwei länglichen
Stegen und zwei gekrümmten,
in Bezug auf Achslager der Räder
festgelegten Bereichen. Auf diese Weise ist der Längsträger an seinen
beiden Enden dank der beiden gekrümmten Bereiche festgelegt.
In diesem Fall kann man vorsehen, dass mindestens ein Achslager
einen vorstehenden Teil umfasst, um den herum ein gekrümmter Bereich
des federnden Stabes angeordnet ist. Vorteilhafterweise wird dieser
gekrümmte
Bereich an dem vorstehenden Teil mittels Kleben oder auf mechanische
Art befestigt.
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Gemäß einem anderen vorteilhaften
Aspekt der Erfindung umfasst der vorstehende Teil zwei im Ganzen
gegenüberliegende
Oberflächen,
gegen die zugeordnete Oberflächen
der länglichen
Stege des federnden Stabes in Auflager zu kommen geeignet sind.
Diese Geometrie des vorstehenden Teils und des federnden Stabes
verhindert eine Verschwenkung des Stabes um den vorstehenden Teil
herum, was die Befestigung zwischen diesen beiden Elementen verbessert.
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Gemäß einem anderen Aspekt der
Erfindung umfasst das Drehgestell zwei Längsträger, die jeweils aus einem
federnden Stab gebildet sind, wobei diese Längsträger mit einem gemeinsamen Fahrgestell
verbunden sind. Dieses Fahrgestell kann das Fahrzeug tragen und
mit einer Vorrichtung zur Aufhängung
ausgerüstet
sein. In diesem Fall kann man vorsehen, dass jeder Längsträger mit
dem Fahrgestell in der Höhe
eines oberen Steges und auf der Höhe eines unteren Steges der
Schleife, die er bildet, mit dem Fahrgestell verbunden ist.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren
zur Herstellung eines Längsträgers, in
dem Fall eines aus Verbundmaterial ausgeführten Längsträgers, wie vorstehend beschrieben.
Dieses Verfahren besteht aus:
- – Aufrollen
eines fortlaufenden Bündels
aus Fasern zur Verstärkung
mit mindestens einer Windung um zwei Klötze herum, so dass eine Schleife um
die beiden Klötze
herum gebildet wird, und
- – Polymerisieren
lassen einer Matrix auf Harzgrundlage um die Fasern herum.
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Dank dem Verfahren der Erfindung
kann ein Längsträger auf
besonders einfache und wirtschaftliche Weise verwirklicht werden.
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Gemäß einem vorteilhaften Aspekt
des Verfahrens der Erfindung besteht dieses daraus, den Abstand
der Klötze
in Abhängigkeit
von dem Radstand und/oder der vorgesehenen Belastung des Längsträgers anzupassen.
Gemäß einem
anderen vorteilhaften Aspekt besteht das Verfahren darin, die Anzahl der
Windungen des Bündels
um die Klötze
herum in Abhängigkeit
von den Abmaßen
und/oder der Starrheit, die für
den Längsträger vorgesehen
sind, anzupassen. Das Verfahren der Erfindung weist eine große Anpassbarkeit
an die kennzeichnenden Merkmale der Arbeitsweise des Längsträgers auf,
so dass mehrere Typen von Längsträgern in
ein und derselben Fertigungsanlage hergestellt werden können, was besonders
vorteilhaft auf der industriellen Ebene ist.
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Die Erfindung wird besser verstanden
werden und andere Vorteile derselben werden im Licht der nun folgenden
Beschreibung von zwei Ausführungsformen
eines Drehgestells eines Schienenfahrzeugs und seines Herstellungsverfahrens
gemäß der Erfindung
deutlicher hervortreten, die ausschließlich als ein Beispiel und
mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen
gegeben wird, in denen:
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die 1 eine
Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Drehgestells eines Schienenfahrzeugs
ist;
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die 2 eine
schematische Prinzipdarstellung in Perspektive des Drehgestells
der 1 ist, ohne die
Zusatzelemente, die es trägt;
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die 3 eine
Seitenansicht in größerem Maßstab eines
Teils eines Drehgestells gemäß einer zweiten
Ausführungsform
der Erfindung ist;
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die 4 eine
teilweise Darstellung in auseinandergenommener Perspektive von bestimmten konstitutiven
Elementen des in 3 wiedergegebenen
Drehgestells ist;
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die 5 eine
schematische Prinzipdarstellung eines Herstellungsschrittes eines
Längsträgers eines
Drehgestells ist, wie er in der Vorrichtung der 1 bis 3 verwendet
wird, und
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die 6 eine
zur 5 analoge Ansicht während eines
letzten Herstellungsschrittes ist.
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Das in 1 wiedergegebene
Drehgestell 1 ist dazu bestimmt, ein Schienenfahrzeug V
zu tragen, das in durchbrochenen und punktierten Linien dargestellt
ist, im Auflager auf Schienen, deren eine einzelne mit dem Bezugsbuchstaben
R in der 1 sichtbar
ist. Dieses Drehgestell 1 umfasst ein Fahrgestell 2,
auf dem eine Vorrichtung 3 zur sekundären Aufhängung angeordnet ist, die zwischen
das Fahrgestell 2 und den Wagenkasten V eingeschaltet ist.
Das Fahrgestell 2 wird von Achslagern 4 und 4' von zwei Achsen,
die durch Rotationsachsen A-A' und
B-B' der beiden
Radzüge 5 und 5' wiedergegeben
sind, getragen. Zwei Längsträger 6 und 6' sind zwischen
das Fahrgestell 2 und die Achslager 4 und 4' gespannt.
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Erfindungsgemäß wird jeder Längsträger 6 aus
einem zu einer abgeflachten Schleife ausgebildeten federnden Stab
gebildet.
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Noch genauer umfasst der Längsträger 6 einen
oberen Steg oder Querträger 6a und einen unteren Steg
oder Querträger 6b , die eine im Ganzen längliche
Form haben und sich im Wesentlichen genau über die gesamte, zwischen zwei
mit Bezug auf die Achslager 4 und 4' hervorstehenden Achsen 7 und 7' umfasste Länge erstrecken.
Die Längsträger 6 umfassen
ebenfalls zwei gekrümmte
Bereiche 6c und 6d , die jeweils um die
Achsen 7 und 7' herum
angeordnet sind und dabei die Stege 6a und 6b verbinden.
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Der Längsträger 6 ist aus Verbundmaterial auf
Grundlage von mit Glasfasern beladenem Epoxidharz ausgeführt. Es
handelt sich um eine leichte Struktur, die hervorragende mechanische
Eigenschaften aufweist, während
ihre Herstellungskosten verhältnismäßig niedrig
sein können.
Andere Verbundmaterialien können
je nach der technischen Auswahl des Fachmanns ins Auge gefasst werden.
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Die gekrümmten Bereiche 6c und 6d des Längsträgers 6 werden so auf
die hervorstehenden Achsen 7 und 7' geklebt, dass ein starrer Verbund
der Achslager 4 und 4' mit dem Längsträger 6 verwirklicht wird.
Die Verbindung durch Kleben ist besonders für einen Längsträger aus Verbundmaterial geeignet, denn
die Auswahl des Klebstoffs kann in Abhängigkeit von diesem Material
getroffen werden.
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Das Fahrgestell ist seinerseits mittels
jeden geeigneten Mittels befestigt, und zwar zum Beispiel mit Schrauben,
die durch ihre Achszüge 9 auf
den beiden Stegen 6a und 6b dargestellt sind.
Auf diese Weise bilden das Fahrgestell 2 und der Längsträger 6 einen
starren Verband im Mittelteil des Drehgestells 1.
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Die Stege 6a und 6b können als auf der Höhe der Schrauben 9 eingespannte
und vertikalen Beanspruchungen auf der Höhe der gekrümmten Bereiche 6c und 6d unterworfene Träger ausgebildet sein. Ihre
Nachgiebigkeit wird dazu ausgenutzt, um einen Ausschlag, wie in 1 auf der linken Seite in durchbrochenen
und punktierten Linien wiedergegeben, zu erlauben. Dieser Ausschlag
erlaubt also dem Längsträger 6,
eine Federungsfunktion zu gewährleisten,
indem er sich verformt.
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Überdies
ist die An des zur Bildung des Längsträgers 6 verwendeten
Materials derart, dass dieser von selbst in seine mit durchgezogenen
Linien wiedergegebene Stellung zurückgeht, sodass er wirkungsvoll
die unter Umständen
zwischen den Achslagern 4 und 4' und dem Fahrgestell 2 erzeugten
Erschütterungen
dämpft.
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Der Längsträger 6' stimmt mit dem Längsträger 6 überein.
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Wie nach genauer aus 2 hervorgeht, ist die Struktur des Drehgestells
1 im Ganzen einfach, weil es im Wesentlichen aus dem Fahrgestell 2 und den
beiden Längsträgern 6 und 6' besteht, so
dass seine Herstellungskosten besonders günstig sind, namentlich wenn
es aus mit Glasfasern beladenem Epoxidharz ausgeführt wird.
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Bei der in den 3 und 4 dargestellten zweiten
Ausführungsform
der Erfindung tragen die zu denjenigen der Ausführungsform der 1 und 2 analogen
Elemente um 50 erhöhte
gleiche Bezugszahlen. In dieser Ausführungsform umfasst ein Drehgestell 51 ein
Fahrgestell 52, das eine nicht gezeigte Vorrichtung zur
Aufhängung
trägt,
während
Längsträger, deren
ein einziger mit der Bezugszahl 56 in den 3 und 4 sichtbar
ist, zwischen dem Fahrgestell 2 und Achslagern gespannt
sind, deren ein einziges mit der Bezugszahl 54 sichtbar
ist, wobei dieses Achslager eine Rotationsachse A-A' der Räder 55 definiert.
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Der Längsträger 56 ist in Federstahl
ausgeführt
und umfasst einen oberen Steg oder Querträger 56a und einen
unteren Steg oder Querträger 56b , die durch zwei gekrümmte Bereiche
verbunden sind, deren einer mit der Bezugsziffer 56c sichtbar ist. Der gekrümmte Bereich
ist um einen vorstehenden Teil 57 des Achslagers 54 herum
angeordnet, auf dem er auf mechanische Weise verspannt ist. Noch
genauer ist der vorstehende Teil 57 in der Form eines Vorsprungs
und umfasst eine obere Fläche 57a und eine untere
Oberfläche 57b , die im Ganzen eben
sind und gegen die zugeordnete Oberflächen 56e und 56f die jeweils zu den länglichen
Stegen 56a und
56b gehören, in
Auflager kommen können.
Auf diese Weise ist eine Drehung des Längsträgers 56 um den vorstehenden
Teil 57 herum nicht möglich,
was die Verankerung des Trägers
in Bezug auf den vorstehenden Teil verbessert.
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Der vorstehende Teil 57 ist
im Inneren einer mit einem Deckel 63 versehenen Hülle 62 ausgebildet,
wobei diese Hülle
und dieser Deckel dazu vorgesehen sind, die Enden der Stege 56a und 56b und den gekrümmten Bereich 56c um den vorstehenden Teil 57 herum
zu umklammern. Dies erlaubt, den zwischen den Längsträgern 56 und dem vorstehenden Teil 57 verwirklichten
Verbund zu schützen.
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Ein Dämpfungspuffer 64,
zum Beispiel aus Elastomer ausgeführt, ist zwischen den Stegen 56a und 56b angeordnet, was ihm erlaubt, auf
Verformungen dieser Stege zu reagieren und auf diese Weise zu der
Dämpfung
der Erschütterungen
beizutragen. Die Verwendung eines Puffers aus Elastomer ist besonders
einfach; jedoch könnten
auch andere Dämpfungsvorrichtungen
in dem Innenraum des Längsträgers, das
heißt
zwischen den Stegen 56a und 56b , angebracht werden.
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Wohlgemerkt könnte ein Dämpfer, wie ein Elastomerpuffer,
auch mit der Vorrichtung der in den 1 und 2 wiedergegebenen ersten
Ausführungsform
der Erfindung verwendet werden. Ebenso ist die Geometrie des Vorsprungs 57 auf
ein Drehgestell aus Verbundmaterial übertragbar.
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Die Herstellung eines Längsträgers aus
Verbundmaterial, namentlich von der in den 1 und 2 wiedergegebenen
An, wird mit Bezug auf die 5 und 6 beschrieben.
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Zwei Klötze 101 und 102 sind
auf einer Platte 103 angebracht, und ihr Abstand E wird
in Abhängigkeit
von dem gewünschten
Abmaß des
herzustellenden Längsträgers eingestellt.
Wenn dieser Abstand eingestellt ist, wird ein fortlaufendes Bün del 104 aus Glasfasern
mit mindestens einer Windung um diese beiden Klötze 101 und 102 herum
gewickelt, vorzugsweise mit einer großen Anzahl von Windungen, so
dass eine geschlossene Schleife 105 gebildet wird. Diese
Schleife ist auf der mechanischen Ebene widerstandsfähig, denn
die Verstärkungsfasern
erstrecken sich über
die ganze Länge
der Schleife. Wenn mehrere Windungen ausgeführt wurden, wie in 6 dargestellt, ist es möglich, die
derart gebildete Baugruppe gemäß einer
auf der Gebiet der Verbundmaterialien bekannten Technik im Inneren
einer Heizkammer anzuordnen.
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Gemäß einer vorteilhaften Variante
der Erfindung kann das Bündel 104 eine
oder mehrere Fasern zum Aufspüren
von Materialausfall des Verbundmaterials umfassen. Diese Fasern
können
aus Kupferdrähten
oder aus optischen Fasern ausgeführt
sein. Ihr Bruch zeigt einen Beginn einer Beschädigung des Längsträgers an,
wobei dies automatisch überwacht werden
kann.
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Die Anzahl der Wickelwindungen des
Bündels 104 hängt von
der gewünschten
Dicke e ab.
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Der Abstand E wird in Abhängigkeit
von dem Radstand des Drehgestells festgelegt, während die Dicke e sich aus
der Berechnung der Starrheiten ergibt, die in Abhängigkeit
von der auf dem Längsträger vorgesehenen
Ladung, namentlich in Abhängigkeit von
der An des Fahrzeugs, erstellt wird.