EP0289482A2 - Drehgestell für schnellfahrende Schienenfahrzeuge - Google Patents

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EP0289482A2
EP0289482A2 EP88890045A EP88890045A EP0289482A2 EP 0289482 A2 EP0289482 A2 EP 0289482A2 EP 88890045 A EP88890045 A EP 88890045A EP 88890045 A EP88890045 A EP 88890045A EP 0289482 A2 EP0289482 A2 EP 0289482A2
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EP
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bogie
cradle
stabilization
wheel
axle
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EP88890045A
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Waldemar Prof.Dr.Dipl.-Ing. Jud
Andreas Dipl.-Ing.Dr. Haigermoser
Hans Dipl.-Ing. Hödl
Gerhard Dipl.-Ing. Neurohr
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Simmering Graz Pauker AG
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Simmering Graz Pauker AG
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    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
    • B61F5/22—Guiding of the vehicle underframes with respect to the bogies
    • B61F5/24—Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61F3/16—Types of bogies with a separate axle for each wheel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61F5/26—Mounting or securing axle-boxes in vehicle or bogie underframes
    • B61F5/30—Axle-boxes mounted for movement under spring control in vehicle or bogie underframes
    • B61F5/32—Guides, e.g. plates, for axle-boxes

Definitions

  • the invention relates to a rail vehicle bogie for high speeds with wheel sets guided in axle bearing housings, the bogie frame in the axle bearing housings being guided by pins arranged perpendicularly to it, which carry rubber blocks for noise insulation, and which bogie is equipped with a cradle, the cradle with the bogie is coupled by a stabilization and is supported on this by means of a suspension in the Flexicoil design.
  • the invention has set itself the task of designing the rail vehicle bogie so that it is able to cope with very high speeds without coming into the state of self-excitation (stable running), as well as the smallest possible tire wear and good running properties.
  • the cradle is coupled to the bogie by means of a torsion stabilization consisting of two pairs of links connected by a torsion link, which is a conventional roll stabilization rotated by 90 ° about an axis in the direction of travel is so that the cradle for Cross and longitudinal deflections with the bogie frame are only coupled via the suspension with flexicoil effect.
  • the further object is to design the rail vehicle bogie in such a way that the wheel sets can be mounted without axle play as far as possible and are assembled with the axle bearing housings on the one hand and with the pins on the other hand so that easy assembly is possible.
  • the pins can carry rubber blocks for noise insulation and slide in guide pots with almost no play.
  • the wheels can be fastened to hollow shafts, which with the as Axles trained wheel carriers are rotatably connected.
  • the hollow shafts are divided here, at least one clutch being arranged between a wheel and the wheel carrier, so that when the pair of wheels advance, the two wheels can be connected to one another in a torsionally rigid manner by frictional engagement and can be released when the pair of wheels trailing. In this way, the occurrence of slip forces in the wheel contact patches is avoided and the cause of the instability of the bogie is thus eliminated.
  • pins 1 are pressed into the bogie frame 3 and preferably project vertically from the frame 3.
  • the pins 1 are surrounded by rubber blocks 2, which in turn slide in guide pots 4.
  • the guide pots 4 are inserted in part of their height in bores 6, 7 of the axle bearing housing 5, flanges 4a being used to determine the height of the pots 4 relative to the axle bearing housing 5.
  • the holes 6 are cylindrical, the holes 7 on the other side are in the form of slots.
  • Such a facility consists of a Frame 3 rotatably and displaceably mounted cross shaft 13, at both ends of which crank arms 12 are stuck, and from links 11 which act on the one hand on the crank arms 12 and on the other hand on the cradle 8.
  • Laterally resilient coil springs 9 are also provided as springs between cradle 8 and frame 3.
  • the shaft 130 which in this embodiment forms a single, plate-like, outer rigid component (torsion member) with the crank arms 120, is supported with its axially stub axles in bores 14 of the frame 3, the arms 120 now - in contrast to FIG 3 - point upwards.
  • the double-formed links 110 run essentially horizontally and connect the cradle 8 to the ends of the crank arms 120.
  • so-called "flexicoils” 9 are provided between the cradle 8 and the frame 3.
  • a bogie which is nevertheless excited to rotate takes the cradle 8 coupled for rotation with it under the car body 21; but since the box is supported on the cradle 8 via friction linings 15, these torsional vibrations are damped.
  • the components used to prevent rotation can also be provided in a different arrangement, i.e. the shaft 130 is supported on the cradle 8 and the links 110 engage the frame 3; such an embodiment is shown in FIG. 7.
  • two such devices can be installed symmetrically to the transverse center QM of the bogie (FIG. 8).
  • the handlebars can be provided with turnbuckles 16 or can be designed directly as turnbuckles; see also Fig. 8.
  • a soft wheel (wheel 17, FIG. 9) by means of roller bearings 18 can be used to prevent softer measures such as stiff, play-free guided wheel sets as well as strong turning inhibitions being sufficient to avoid the bogie becoming unstable at high speeds be rotatably supported on the axis 19. In this way, the occurrence of slip forces in the wheel contact patches is avoided and the cause of the instability of the bogie is thus eliminated.
  • the rotatable mounted wheel 17 is connected to the axle 19 via a towing clutch (slip clutch) 20.
  • the tow clutch 20 is preferably adjustable.
  • the torque that can arise between the wheel 17 and the axle 19 must be of such a magnitude that, on the one hand, the centering of the wheel set is guaranteed, but, on the other hand, the occurrence of significant slip forces which lead to the instability being avoided is avoided.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)
  • Platform Screen Doors And Railroad Systems (AREA)

Abstract

Um ein Drehgestell für raschlaufende Schienenfahrzeuge auch bei hohen Geschwindigkeiten stabil zu erhalten, sind unter der Voraussetzung des Fehlens von seitlichem Spiel zwischen Radsätzen und Achslagergehäusen mehrere Vorkehrungen getroffen, und zwar stehen vom Drehgestellrahmen (3) senkrecht hiezu Zapfen (1) ab, die in Bohrungen (6,7) der Achslagergehäuse (5) eingesetzt sind; die Zapfen (1) sind von Gummiblocks (2) umgeben, die in Führungstöpfen (4) sitzen, welche ihrerseits in die an einer Drehgestellseite zylindrischen, an der anderen Seite schlitzartigen Bohrungen (6 bzw. 7) eingesetzt sind. Das Drehgestell weist eine Wiege (8) auf, die über "Flexicoils" (9) am Rahmen (3) abgestützt ist; zur Drehstabilisierung ist eine um 90° gedreht eingebaute Wankstabilisierung vorgesehen, die aus Querwelle (130), Kurbelarmen (120) und Lenkern (110) besteht. Querwelle (130) und Arme (120) können ein einziges, besonders steifes Stück bilden. Zur Vervollkommnung des stabilen Laufes kann ein Rad (17) jedes Radsatzes auf der Achse (19) drehbar gelagert und über eine vorzugsweise einstellbare Schleppkupplung (20) mit der Achse gekuppelt sein.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeugdrehgestell für hohe Geschwindigkeiten mit in Achslagergehäusen geführten Radsätzen, wobei der Drehgestellrahmen in den Achslagergehäusen durch senkrecht zu diesem angeordnete Zapfen geführt ist, welche Gummiblocks zur Geräuschdämmung tragen, und welches Drehgestell mit einer Wiege ausgerüstet ist, wobei die Wiege mit dem Drehgestell durch eine Stabilisierung gekoppelt ist und sich auf diesem über eine Federung in Flexicoil-Bauart abstützt.
  • Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, das Schienenfahrzeugdrehgestell so auszubilden, daß dieses imstande ist, sehr hohe Geschwindigkeiten zu bewältigen, ohne in den Zustand der Selbsterregung (stabiler Lauf) zu kommen, sowie einen möglichst kleinen Radreifenverschleiß und gute Laufeigenschaften zu besitzen.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Drehgestell der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Wiege mit dem Drehgestell durch eine aus zwei durch ein Torsionsglied verbundenen Lenkerpaaren bestehende Drehstabilisierung gekoppelt ist, welche eine übliche, um eine in der Fahrtrichtung gelegene Achse um 90° gedrehte Wankstabilisierung ist, sodaß die Wiege für Quer- und Längsausschläge mit dem Drehgestellrahmen nur mehr über die Federung mit Flexicoilwirkung gekoppelt ist.
  • Im Rahmen der Erfindung ist die weitere Aufgabe gestellt, das Schienenfahrzeugdrehgestell so auszubilden, daß die Radsätze möglichst ohne Achsspiel gelagert sein können und mit den Achslagergehäusen einerseits und mit den Zapfen anderseits so zusammengebaut sind, daß eine leichte Montage möglich ist. Allenfalls können die Zapfen Gummiblocks zur Geräuschdämmung tragen und fast ohne Spiel in Führungstöpfen gleiten.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Drehgestell der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Zapfen bzw. der untere Teil sie gleitend umgebender Führungstöpfe auf der einen Drehgestellseite in Bohrungen der Achslagergehäuse und auf der anderen Seite in quer zur Fahrtrichtung gelegenen Längsschlitzen sitzen.
  • Bei geführten Radsätzen klassischer Konstruktion mit auf die Achsen aufgepreßten Rädern werden mit zunehmender Geschwindigkeit die Schlupfkräfte in den Aufstandsflächen immer größer und führen schließlich zur Instabilität des Drehgestells. Soferne Maßnahmen wie steife, spielfrei geführte Radsätze sowie stark wirkende Dreh-­Hemmungen nicht ausreichen, um bei hohen Geschwindigkeiten das Instabil-Werden des Drehgestells zu vermeiden, können gemäß der DE-OS 32 18 088 die Räder auf Hohlwellen befestigt sein, welche mit den als Achsen ausgebildeten Radträgern drehbar verbunden sind. Hiebei sind die Hohlwellen geteilt, wobei wenigstens eine Kupplung zwischen einem Rad und dem Radträger angeordnet ist, sodaß bei vorlaufendem Radpaar die beiden Rädar miteinander durch Kraftschluß torsionssteif verbindbar und bei nachlaufendem Radpaar lösbar sind. Auf diese Weise wird das Entstehen von Schlupfkräften in den Radaufstandsflächen vermieden und die Ursache zum Erregen der Instabilität des Drehgestells ist damit ausgeschaltet.
  • Allerdings entsteht daraus der Nachteil, daß die Selbstzentrierung der Radsätze wegfällt.
  • Dieser Mangel wird gemäß der Erfindung bei einem Drehgestell der eingangs erwähnten Art dadurch behoben, daß das mit Wälzlagern auf der Achse gelagerte Rad mittels einer vorzugsweise einstellbaren Schleppkupplung mit der Achse verbunden ist. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß das Drehmoment, das zwischen dem Losrad und der Achse entstehen kann, ein solches Ausmaß erhält, daß einerseits die Zentrierung des Radsatzes gewährleistet, anderseits aber das Entstehen nennenswerter Schlupfkräfte vermieden wird, die zur Anregung der Instabilität führen.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschriebung hervor, welche anhand der Zeichnungen die Besonderheiten des erfindungsgemäßen Drehgestells erläutert.
  • Hiebei zeigt
    • Fig. 1 eine Ansicht des Drehgestellrahmens, von den Achslagergehäusen abgehoben,
    • Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die Achslagergehäuse,
    • Fig. 3 ist eine Ansicht einer zum Stand der Technik gehörenden Wankstabilisierung,
    • Fig. 4 ein Querschnitt hievon,
    • Fig. 5 ist eine Ansicht der erfindungsgemäßen Drehstabilisierung,
    • Fig. 6 ist der zugehörige Schnitt,
    • Fig. 7 zeigt eine andere Bauweise der Drehstabilisierung,
    • Fig. 8 ist eine Ansicht einer weiteren Ausbildungsform der Drehstabilisierung und
    • Fig. 9 zeigt im Schnitt einen erfindungsgemäßen Radsatz.
  • Bei dem in den Fig. 1 und 2 veranschaulichten Drehgestell sind Zapfen 1 in den Drehgestellrahmen 3 eingepreßt und stehen vorzugsweise senkrecht vom Rahmen 3 ab. Die Zapfen 1 sind von Gummiblocks 2 umgeben, die ihrerseits in Führungstöpfen 4 gleiten. Die Führungstöpfe 4 sind zu einem Teil ihrer Höhe in Bohrungen 6,7 der Achslagergehäuse 5 eingesetzt, wobei Flansche 4a zur Bestimmung der Höhenlage der Töpfe 4 gegenüber den Achslagergehäusen 5 dienen. Die Bohrungen 6 sind zylindrisch, die auf der anderen Seite liegenden Bohrungen 7 sind in Form von Schlitzen ausgebildet.
  • Durch diese Ausbildung der Bohrungen 6 und 7 ist die Lage des Drehgestellrahmens 3 immer eindeutig dieselbe, obwohl die Radsätze, wie eingangs hervorgehoben, voraussetzungsgemäß kein (seitliches) Achslagerspiel haben. Bei Ausdehnungsunterschieden zwischen Rahmen und Radsatz bzw. Achse 19 können in den Lagern keine Zwängungen auftreten und weiters ist die Montage genau so einfach wie bei Drehgestellen mit Radsätzen mit Achslagerspiel.
  • Es ist aber auch notwendig, bei Drehgestellen deren Dreh-Erregung, die durch die Schlupfkräfte in den Aufstandsflächen der Räder bei höheren Geschwindigkeiten immer mehr zur Geltung kommt, möglichst wirksam zu dämpfen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine an sich bekannte Wankstabilisierung in abgeänderter Bauweise verwendet. Das ist eine Einrichtung (Fig.3,4), welche wohl das Tauchen (Pfeil T in Fig. 3), sowie die Querauslenkung (Pfeile QA in Fig. 4) erlaubt, das Wanken, d.i. das Drehen oder Schwenken des Wagenkastens 21 um die Fahrzeuglängsachse (Pfeile W in Fig. 4), aber verhindert. Eine solche Einrichtung besteht aus einer im Rahmen 3 drehbar und verschiebbar gelagerten Querwelle 13, an deren beiden Enden Kurbelarme 12 festsitzen, sowie aus Lenkern 11, welche einerseits an den Kurbelarmen 12, anderseits an der Wiege 8 angreifen. Als Federn zwischen Wiege 8 und Rahmen 3 sind auch seitlich nachgiebige Schraubenfedern 9 (sogenannte "Flexicoils") vorgesehen.
  • Wird eine solche Einrichtung erfindungsgemäß um 90° verdreht (vgl. Pfeil P in Fig. 3) eingebaut, sodaß sich die Bauweise gemäß Fig. 5 ergibt, dann kann das Wanken wirksam verhindert werden. Die Welle 130, die bei diesem Ausführungsbeispiel mit den Kurbelarmen 120 einen einzigen, plattenartigen, äußeren steifen Bauteil (Torsionsglied) bildet, ist mit ihren nach außen abstehenden Achsstummeln in Bohrungen 14 des Rahmens 3 gelagert, wobei die Arme 120 jetzt - im Gegensatz zu Fig. 3 - nach oben weisen. Die jeweils doppelt ausgebildeten Lenker 110 verlaufen im wesentlichen horizontal und verbinden die Wiege 8 mit den Enden der Kurbelarme 120. Auch hier sind zwischen Wiege 8 und Rahmen 3 sogenannte "Flexicoils" 9 vorgesehen.
  • Infolge der bei diesem Beispiel besonders steifen Ausbildung des Torsionsglieds (Teil 130/120) und durch die weit nach außen verlegten Bohrungen 14 - außerhalb der Kurbelarme 120 und der Lenker 110 - wird eine besonders wirkungsvolle Drehkoppelung erreicht.
  • Längsauslenkungen (Pfeile LA in Fig. 5) und Querauslenkungen (Pfeile QA in Fig. 5) sind bei dieser Ausbildungsform erlaubt, das Drehen der Wiege um die Drehgestell-Hochachse wird aber weitestgehend unterdrückt.
  • Ein trotzdem zum Drehen angeregtes Drehgestell nimmt die für das Drehen gekoppelte Wiege 8 unter dem Wagenkasten 21 mit; da sich aber der Kasten über Reibbeläge 15 auf der Wiege 8 abstützt, werden diese Drehschwingungen gedämpft.
  • Die zur Dreh-Hemmung dienenden Bauteile können auch in anderer Anordnung vorgesehen werden, d.h. die Welle 130 wird an der Wiege 8 gelagert und die Lenker 110 greifen am Rahmen 3 an; eine solche Ausbildung ist in Fig. 7 gezeigt.
  • Zur Erzielung einer besonders guten Dreh-Hemmung können zwei solcher Einrichtungen symmetrisch zur Quermitte QM des Drehgestells in dieses eingebaut werden (Fig.8).
  • Um Ungenauigkeiten ausgleichen zu können sowie zum Einstellen der Größe des Spiels der Federungen (Führungen) (vgl. FS in Fig. 8) ist es vorteilhaft, gegebenenfalls aber auch notwendig, die Länge der Lenker veränderbar zu machen. Zu diesem Zweck können die Lenker mit Spannschlössern 16 versehen oder unmittelbar als Spannschloß ausgebildet werden; vergleiche hiezu ebenfalls Fig. 8.
  • Bei geführten Radsätzen klassischer Konstruktion mit auf die Achsen aufgepreßten Rädern werden mit zunehmender Geschwindigkeit die Schlupfkräfte in den Aufstandsflächen immer größer und führen schließlich zur Instabilität des Drehgestells. Soferne Maßnahmen wie steife, spielfrei geführte Radsätze sowie stark wirkende Dreh-­Hemmungen nicht ausreichen, um bei hohen Geschwindigkeiten das Instabil-Werden des Drehgestells zu vermeiden, kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ein Rad (Rad 17, Fig. 9) mittels Wälzlagern 18 auf der Achse 19 drehbar gelagert werden. Auf diese Weise wird das Entstehen von Schlupfkräften in den Radaufstandsflächen vermieden und die Ursache zum Erregen der Instabilität des Drehgestells ist damit ausgeschaltet.
  • Allerdings entsteht daraus der Nachteil, daß die Selbstzentrierung der Radsätze wegfällt. Dieser Mangel kann aber gemäß dem letzten Merkmal der Erfindung dadurch behoben werden, daß das drehbar gelagerte Rad 17 über eine Schleppkupplung (Rutschkupplung) 20 mit der Achse 19 verbunden wird. Die Schleppkupplung 20 ist vorzugsweise einstellbar. Das Drehmoment, das zwischen Rad 17 und Achse 19 entstehen kann, hat ein solches Ausmaß zu erhalten, daß einerseits die Zentrierung des Radsatzes gewährleistet, anderseits aber das Entstehen nennenswerter Schlupfkräfte vermieden wird, die zur Anregung der Instabilität führen.

Claims (8)

1. Schienenfahrzeugdrehgestell für hohe Geschwindigkeiten mit in Achslagergehäusen geführten Radsätzen, wobei der Drehgestellrahmen in den Achslagergehäusen durch senkrecht zu diesem angeordnete Zapfen geführt ist, welche Gummiblocks zur Geräuschdämmung tragen, und welches Drehgestell mit einer Wiege ausgerüstet ist, wobei die Wiege mit dem Drehgestell durch eine Stabilisierung gekoppelt ist und sich auf diesem über eine Federung in Flexicoil-Bauart abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiege (8) mit dem Drehgestell (3) durch eine aus zwei durch ein Torsionsglied (130) verbundenen Lenkerpaaren (110,120) bestehende Drehstabilisierung (110,120,130) gekoppelt ist, welche eine übliche, um eine in der Fahrtrichtung gelegene Achse um 90° gedrehte Wankstabilisierung (11,12,13) ist, sodaß die Wiege (8) für Quer-(QA) und Längsausschläge (LA) mit dem Drehgestellrahmen (3) nur mehr über die Federung (9) mit Flexicoilwirkung gekoppelt ist (Fig.5 und 6).
2. Drehgestell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Torsionsglied (130) der Drehstabilisierung (110,120,130) wahlweise im Drehgestellrahmmen (3) oder an der Wiege (8) liegt.
3. Drehgestell nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstabilisierung (110,120,130) symmetrisch zur Quermitte (QM) des Drehgestells angebracht ist (Fig.8).
4. Drehgestell nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Torsionsglied (130) der Drehstabilisierung der Wiege außerhalb der Lenkeranschlüsse (110,120) gelagert ist (14).
5. Drehgestell nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Torsionsglied (130) und der daran angeschlossene Lenker (120) ein einziger Bauteil sind.
6. Drehgestell nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein, vorzugsweise der am Drehgestell (3) angeschlossene Lenker (110) mindestens eines der beiden Lenkerpaare (110,120) der Drehstabilisierung druck- und zugfeste Spannschlösser (16) aufweist.
7. Drehgestell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (1) bzw. der untere Teil (4a) sie gleitend umgebender Führungstöpfe (4) auf der einen Drehgestellseite in Bohrungen (6) der Achslagergehäuse (5) und auf der anderen Seite in quer zur Fahrtrichtung gelegenen Längsschlitzen (7) sitzen.
8. Drehgestell nach Anspruch 1, wobei Losradsätze eingebaut sind, bei welchen ein Rad des Radsatzes über Wälzlager auf der die Räder des Radsatzes verbindenden Achse gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Wälzlagern (18) auf der Achse (19) gelagerte Rad (17) mittels einer vorzugsweise einstellbaren Schleppkupplung (20) mit der Achse (19) verbunden ist.
EP88890045A 1987-04-30 1988-03-08 Drehgestell für schnellfahrende Schienenfahrzeuge Withdrawn EP0289482A3 (de)

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