EP2121408B1

EP2121408B1 - Fahrwerk für ein schienenfahrzeug

Info

Publication number: EP2121408B1
Application number: EP08717775A
Authority: EP
Inventors: Olaf KÖRNER
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-03-19
Filing date: 2008-03-13
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2028-03-13
Also published as: ATE476341T1; EP2121408A1; DE502008001081D1; US8122835B2; DE102007013050B4; US20100116167A1; DE102007013050A1; WO2008113744A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug, welches einen Fahrwerkrahmen mit zwei Längsträgern, einen damit verbundenen Querträger, zwei in Radsatzlagern gelagerte Radsätze mit je einer Radsatzwelle und zwei Rädern sowie zwei im Fahrwerkrahmen aufgenommene Antriebe zum Antreiben je einer Radsatzwelle aufweist. Die Radsatzlager sind mit dem Fahrwerkrahmen verbunden. Es ist je ein Lagerbock an einer Ober- und Unterseite des Querträgers zur gelenkigen Anbindung zumindest eines Zug-/Druckelementes mit einem Lok- oder Wagenkasten angeordnet.
Das Fahrwerk ist vorzugsweise ein Drehgestell, insbesondere ein Triebdrehgestell. Das Schienenfahrzeug kann beispielsweise eine Lokomotive, eine S-Bahn, eine U-Bahn oder eine Straßenbahn sein. In einem Fahrwerk sind typischerweise zwei Antriebe aufgenommen, welche jeweils eine Radsatzwelle antreiben. Ein Antrieb weist typischerweise einen Fahrmotor und ein damit verbundenes Getriebe auf. Im Fahrwerk kann alternativ nur ein angetriebener Radsatz aufgenommen sein. Es können auch mehrere angetriebene Radsätze aufgenommen sein, wie z.B. drei oder vier. Neben den angetriebenen Radsätzen können auch antriebslose Radsätze im Fahrwerk angeordnet sein. Die Radsätze können Starrradsätze oder Losradsätze sein.
Aus der Offenlegungsschrift GB 399,373 A ist ein Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug bekannt, welches einen Fahrwerkrahmen mit zwei Längsträgern sowie einen damit verbundenen Querträger aufweist. Das Fahrwerk weist zwei in Radsatzlagern gelagerte Radsätze mit je einer Radsatzwelle und zwei Rädern auf. Das Fahrwerk kann ein Laufdrehgestell oder ein angetriebenes Drehgestell sein. Weiterhin ist je ein Lagerbock an eine Ober- und Unterseite des Querträgers zur gelenkigen Anbindung je eines Zug-/Druckelementes mit einem Lok- oder Wagenkasten angeordnet.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 27 42 850 A1 ist eine Vorrichtung zur Übertragung von Zug- und Bremskräften zwischen einem Fahrgestell und dem Kasten eines Schienenfahrzeugs offenbart. Die Vorrichtung weist mindestens eine mit dem Fahrgestell oder dem Fahrzeugskasten gelenkig verbundene, im Wesentlichen in Fahrzeug-Längsrichtung weisende Verbindungsstange auf, welche mit dem anderen Fahrzeugteil - Fahrzeugkasten bzw. Fahrgestell - über ein bewegliches Zwischenglied gekoppelt ist. Das zwischenglied ist mit dem anderen Fahrzeugteil - Fahrzeugkasten bzw. Fahrgestell - um mindes tens eine im Wesentlichen querliegende Achse schwenkbar verbunden und bezüglich der beiden Fahrzeugteile höhenbeweglich geführt.
In der internationalen Veröffentlichung WO 01/079049 A1 ist ein derartiges Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug beschrieben. In einer Ausführungsform sind im Bereich des Querträgers Antriebe in koaxialer Bauweise angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Übertragung von Zug- und Druckkräften zum Schienenfahrzeugoberbau über eine mit dem Antrieb verbundene Zug-/Druckstange in Form einer Tiefzuganlenkung. Der Antrieb weist eine nicht koaxiale Bauweise auf. In einer weitern Ausführungsform sind die Antriebe über Stangen oder Stäbe miteinander verbunden. Jeweils je zwei parallel übereinander angeordnete Stangen verbinden zwei Antriebe miteinander. Bei dieser Ausführungsform weisen die Antriebe eine koaxiale Bauweise auf.
Aus dem Stand der Technik sind weiterhin Fahrwerke mit Tatzlagerantrieben oder achsreitenden Antrieben allgemein bekannt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug anzugeben, bei welchem die Einleitung von Zug- und Bremskräften verbessert ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Fahrwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Fahrwerks sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 12 genannt.
Erfindungsgemäß sind die beiden beweglich am Querträger aufgehängten Antriebe Tatzlagerantriebe oder achsreitende Antriebe mit je einem Fahrmotor und einem Getriebe. Im Falle von Tatzlagerantrieben sind die Fahrmotoren mit einem koaxial zur Radsatzwelle drehbar gelagerten Tatzlagerrohr verbunden. Der Fahrmotor weist eine Drehmomentstütze auf, mittels derer der jeweilige Fahrmotor gelenkig mit dem Querträger verbunden ist. Im Falle von achsreitenden Antrieben sind die Fahrmotoren gemeinsam am Querträger angebracht. Es ist an jedem achsreitenden Getriebe eine Drehmomentstütze angebracht, die ihrerseits gelenkig mit dem Querträger verbunden ist. Für beide Antriebsvarianten ist zwischen dem unteren Lagerbock an der Unterseite des Querträgers und den Drehmomentstützen jeweils ein Zugkraftlenker gelenkig angeordnet.
Mittels der Zugkraftlenker ist vorteilhaft eine direktere Einleitung der Zug- und Bremskräfte über den Tatzlagerantrieb in den Querträger möglich. Insbesondere weisen die Zugkraftlenker eine Längsachse auf, welche jeweils in einer Längsschnittebene durch die Mitte des Fahrwerks verlaufen.
Die Zug-/Druckstangen können zu beiden Seiten zum Lok- oder Wagenkasten hin mit diesem verbunden sein, das heißt, dass vier Zug-/Druckstangen vorhanden sind, welche den zumindest einen Querträger mit dem Lok- oder Wagenkasten verbinden. Alternativ können auch nur zwei Zug-/Druckstangen vorhanden sein, welche den zumindest einen Querträger mit dem Lok- oder Wagenkasten verbinden.
Die Bremskräfte können neben den Antrieben zusätzlich von einer mechanischen Bremseinrichtung, wie z.B. von einer Scheibenbremse oder von einer Magnetschienenbremse, oder auch von einer berührungslos arbeitenden Wirbelstrombremse hervorgerufen werden.
Sind die Zugkraftlenker gemäß einer weiteren Ausführungsform parallel zu einer durch die Drehachsen der Radsatzwellen verlaufenden Ebene angeordnet, so ist eine Einleitung der Zug-und Bremskräfte in einer Ebene parallel zu den Zug-/Druckelementen in den Querträger möglich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Zugkraftlenker zwischen der Unterseite des Querträgers und dem unteren Zug-/Druckelement angeordnet. Durch diese Anordnung können die über die Drehmomentstützen weitergeleiteten und betragsmäßig kleineren Zug- und Bremskräfte möglichst nahe in Bezug auf die durch die Drehachsen der Radsatzwellen verlaufende Ebene in den Querträger eingeleitet werden.
Vorzugsweise sind die Radsatzlenker parallel zu den Zugkraftlenkern angeordnet. Durch die kräftemäßige Aufteilung können die Radsatzlenker im Vergleich zur Lösung ohne Zugkraftlenker hinsichtlich der Anbindung an den Querträger weicher ausgeführt werden. Dies ist hinsichtlich der Bogenfahrt des Fahrwerks lauftechnisch günstiger.
Im Falle einer mittigen Anordnung der Zugkraftlenker, das heißt einer Anordnung der Zugkraftlenker in der Ebene der Radsatzwellen und der Längsschnittebene des Fahrwerks, resultieren vergleichsweise geringe Biegemomente um die Hochachse des Querträgers infolge der Zug- und Bremskräfte im Vergleich zur Einleitung dieser Kräfte über die Radsatzlenker.
Nach einer Ausführungsform weisen die Zug-/Druckelemente jeweils ein erstes Ende auf. An der Oberseite und an der Unterseite des Querträgers ist je ein Lagerbock angeordnet. Die ersten Enden der Zug-/Druckelemente bilden mit dem Lagerbock je ein Gelenk. Der Lagerbock kann beispielsweise am Querträger angeschweißt, angenietet oder angeschraubt sein. Er kann auch integraler Bestandteil des Querträgers selbst sein.
Im Besonderen sind die Gelenke nach einer weiteren Ausführungsform in einer Querschnittsebene durch die Mitte des Fahrwerks angeordnet.
Die "Querschnittsebene" verläuft insbesondere durch die (konstruktive) Fahrzeugmitte. Zugleich ist sie senkrecht zur Schienenebene, das heißt orthogonal zu einer durch die Drehachsen der Radsatzwellen verlaufenden Ebene, wenn die Räder des Fahrwerkes einen gleichen Raddurchmesser aufweisen. Zudem verläuft die Querschnittsebene parallel und mittig zu den Drehachsen der Radsatzwellen. Bei einer derartigen Anordnung der zuvor genannten Komponenten vereinfacht sich die Fahrwerkskonstruktion nochmals.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind die Gelenke in einer Längsschnittebene durch die Mitte des Fahrwerks angeordnet. Mit "Längsschnittebene" ist eine senkrecht zur Schienenebene verlaufende Ebene bezeichnet. Sie ist daher zugleich senkrecht zu einer durch die Drehachsen der Radsatzwelle verlaufenden Ebene, wenn die Räder des Fahrwerkes einen gleichen Raddurchmesser aufweisen. Die Schnittgerade der Querschnittsebene mit der Längsschnittebene ist dabei zugleich eine (konstruktive) Spiegelachse des Fahrwerkes. Die Fahrwerksmitte ist typischerweise die Spiegelachse der Komponenten des Fahrwerkes.
Für den Fall, dass die Gelenke sowohl in der Querschnittsebene als auch in der Längsschnittebene des Fahrwerkes angeordnet sind, erfolgt in vorteilhafter Weise eine möglichst zentrale, mittige Einleitung der Längskräfte aus dem Querträger über die Zug-/Druckstangen in den Lok- oder Wagenkasten. Dadurch vereinfacht sich die Fahrwerkskonstruktion nochmals.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Gelenke Sphärolager oder Kugellager. Dadurch ist eine momentenfreie Einleitung der Längskräfte; das heißt der Zug- und Druckkräfte, aus dem Querträger in den Lok- oder Wagenkasten möglich.
Vorzugsweise weist der Querträger eine Längssymmetrieachse auf, welche in einer Querschnittsebene durch die Mitte des Fahrwerks verläuft. Der Querträger ist vorzugsweise in der (geometrischen) Mitte des Fahrwerkes angeordnet. Sie verläuft senkrecht zur Schienenebene und bildet zugleich die Schnittgerade der (konstruktiven) Längsschnittebene mit der (konstruktiven) Querschnittsebene des Fahrwerkes. Bei einer derartigen Anordnung des Querträgers spricht man auch von einem Mittenquerträger.
Vorzugsweise weist der zumindest eine Querträger eine Quersymmetrieachse auf, welche in einer Längsschnittebene durch die Mitte des Fahrwerks verläuft. Dadurch vereinfacht sich die Fahrwerkskonstruktion nochmal.
Im Besonderen verlaufen die Längssymmetrieachse und die Quersymmetrieachse des zumindest einen Querträgers in einer durch die Drehachsen der Radsatzwellen verlaufenden Ebene.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen die Zug-/Druckelemente eine Längsachse auf. Die Längsachsen verlaufen parallel zueinander. Diese Anordnung ermöglicht neben der Einleitung von Längskräften vorteilhaft eine Einleitung von Drehmomenten von den Antrieben in den Lok- oder Wagenkasten.
Einer weiteren Ausführungsform zufolge sind die Zug-/Druckelemente spiegelbildlich zu einer durch die Drehachsen der Radsatzwellen verlaufenden Ebene angeordnet. In diesem Fall verläuft die Kraftresultierende zweier Zug-/Druckelemente bei der Einleitung der Längskräfte in den Lok- oder Wagenkasten genau in dieser Ebene und vorzugsweise entlang der Schnittlinie aus der Längsschnittebene und der durch die Drehachsen der Radsatzwellen verlaufenden Ebene. Dadurch ist eine nahezu drehmomentfreie Einleitung der von den Antrieben stammenden Drehmomente in den Lok- oder Wagenkasten möglich. Die in den Querträger eingeleiteten Drehmomente werden sogleich weiter über die Zug-/Druckelemente in den Lok- oder Wagenkasten eingeleitet. Eine drehmomentbehaftete Belastung des Fahrwerkrahmens selbst erfolgt nur in geringem Maße.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform sind die Radsatzlager im Fahrwerkrahmen jeweils mittels eines Radsatzlenkers mit zumindest einen Querträger verbunden. Dadurch ist vorteilhaft neben einer Einleitung der Längskräfte aus den Radaufstandspunkten über das Radsatzlager und den Radsatzlenkern in den Querträger auch eine Einleitung von Querkräften in den Querträger möglich. Die eingeleiteten Kräfte werden über die Zug-/Druckelemente in den Lok- oder Wagenkasten eingeleitet.
Vorzugsweise ist der zumindest eine Querträger seitlich mit den Radsatzlenkern verbunden. Die Radsatzlenker können mittels eines vergleichsweise steifen Verbindungselementes, wie z.B. eines Gummi-Metall-Elementes, mit dem Querträger verbunden sein.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die im Fahrwerkrahmen aufgenommenen zwei Antriebe Tatzlagerantriebe mit je einem Fahrmotor und einem Getriebe. Die Fahrmotoren sind mit einem koaxial zur Radsatzwelle drehbar gelagerten Tatzlagerrohr verbunden. Der Fahrmotor weist eine Drehmomentstütze auf, mittels derer der jeweilige Fahrmotor gelenkig mit dem Querträger verbunden ist. Alternativ zu den Tatzlagerantrieben können die im Fahrwerkrahmen aufgenommenen Antriebe achsreitende Antriebe mit je einem Fahrmotor und einem Getriebe sein. Alternativ kann im Fahrwerk nur ein Tatzlagerantrieb aufgenommen sein. Es können alternativ auch drei oder mehrere Tatzlagerantriebe aufgenommen sein.
Dadurch ist vorteilhaft eine Abstützung der Antriebs- bzw. Bremsmomente des Tatzlagerantriebes am Querträger möglich.
Bei dieser Ausführungsform sitzt der Fahrmotor sozusagen auf dem Radsatz bzw. auf der Radsatzwelle. Zwischen der Radsatzwelle und dem Tatzlagerrohr sind Tatzlager angeordnet, welche in gewissem Maße auch eine axiale Relativbewegung von Tatzlagerrohr zur Radsatzwelle zulassen. Mit "axial" sind Richtungen parallel zur Drehachse der Radsatzwelle bezeichnet. Das Getriebe weist miteinander kämmende Zahnräder auf. Üblicherweise weist das Getriebe ein Großrad und ein Kleinrad auf, welches durch den Fahrmotor angetrieben wird. Das Großrad ist drehfest mit der Radsatzwelle verbunden.
Des Weiteren können die Drehmomentstützen mit der Unterseite des Querträgers gelenkig verbunden sein. Sie können alternativ über je ein Pendel gelenkig mit dem Querträger verbunden sein. Die letztere Ausführungsform erlaubt eine elastischere Anbindung der Antriebe an den Querträger. Somit sind nur Teile der Antriebsmassen in vertikaler Richtung am Querträger primär aufgehängt. Sie zählen daher nicht zu dem ungefederten Teil der Radsatzmassen.
Einer weiteren Ausführungsform zufolge weist der Querträger zwei Seitenbereiche auf, welche je einem Fahrmotor gegenüberliegen. Je eine Konsole ist im Seitenbereich des Querträgers angeordnet. Das obere Ende der Pendel ist gelenkig in der Konsole aufgenommen. Das untere Ende der Pendel ist gelenkig mit der Drehmomentstütze des jeweiligen Fahrmotors verbunden. Durch die in gewissem Umfang pendelnde Aufhängung des Fahrmotors bzw. des Antriebs können Ausgleichsbewegungen der Fahrmotoren während der Fahrt besser ausgeglichen werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist je ein Lagerbock bzw. Konsole zur gelenkigen Anbindung der Zug-/Druckelemente an der.Ober- und Unterseite des Querträgers angeordnet. Zusätzlich ist zwischen dem unteren Lagerbock und den Drehmomentstützen jeweils ein Zugkraftlenker gelenkig angeordnet.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind je zwei Tatzlager zwischen der Radsatzwelle und dem Tatzlagerrohr angeordnet. Die Tatzlager bilden mit den Radsatzlagern je eine integrierte Baueinheit. Dadurch reduziert sich der Komponentenaufwand für ein solches Fahrwerk.
Alternativ zu den Tatzlagerantrieben können die im Fahrwerkrahmen aufgenommenen zwei Antriebe achsreitende Antriebe mit je einem Fahrmotor und einem Getriebe sein. Es können im Fahrwerk alternativ ein, drei oder mehrere achsreitende Antriebe vorhanden sein.
Bei dieser Ausführungsform ist der Fahrmotor insbesondere querelastisch mit dem Querträger verbunden. Die Fahrmotoren können beispielsweise mittels eines Gummielements am Querträger befestigt sein. Durch die Anbindung an den Querträger zählt der Fahrmotor zu den sogenannten gefederten Massen. Das Getriebe weist miteinander kämmende Zahnräder auf. Üblicherweise weist das Getriebe ein Großrad und ein Kleinrad oder alternativ ein Großrad, ein Zwischenrad und ein Kleinrad auf. Das Großrad ist drehfest mit der Radsatzwelle verbunden. Zur Drehmomentübertragung können das Kleinrad und eine Motorwelle des Fahrmotors über eine Zahnkupplung verbunden sein. Die Zahnkupplung erlaubt sowohl axiale als auch radiale Relativbewegungen der Motorwelle zu einer Getriebeeingangswelle des Kleinrades. Mit "radial" sind Richtungen hin zur Drehachse der Motorwelle und weg von ihr bezeichnet. Durch die Zahnkupplung erfolgt eine Entkopplung der gefederten Masse des Fahrmotors von der ungefederten Masse des achsreitenden Getriebes.
In einer besonderen Ausführungsform weist das eine Getriebe eine gerade Getriebestufenzahl und das andere Getriebe eine ungerade Getriebestufenzahl mit einem gleichen Übersetzungsverhältnis auf. Vorzugsweise ist das erste Getriebe ein einstufiges Getriebe und das zweite Getriebe ein zweistufiges Getriebe. Alternativ kann beispielsweise das erste Getriebe zweistufig und das zweite Getriebe dreistufig ausgeführt sein.
Dadurch kompensieren sich die am Querträger wirkenden Reaktionsmomente der Fahrmotoren.
Vorzugsweise sind die Getriebe der achsreitenden Antriebe mit einem koaxial zur Radsatzwelle drehbar gelagerten Lagerrohr verbunden. Dadurch ist eine axiale Relativbewegung von Lagerrohr zur Radsatzwelle in geringem Maße möglich.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind die Zug-/Druckelemente und/oder die Zugkraftlenker starre Zug-/Druckstangen. Sie können an dem jeweiligen Ende ein Scharnier- oder Kugelgelenk aufweisen. Sie können auch Ösen aufweisen, welche mit jeweils korrespondierenden Lagerbolzen korrespondieren.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind die beiden Längsträger des Fahrgestellrahmens beweglich mit dem zumindest einen Querträger verbunden, wie z.B. über Zylinderfedern oder Gummielemente. Dadurch wird der Laufkomfort des Fahrwerkes erhöht.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der Erfindung werden im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen

FIG 1: beispielhaft ein Fahrwerk mit zwei Antrieben nach dem Stand der Technik,
FIG 2: beispielhaft einen Radsatz mit einem Tatzlager- antrieb in einer Draufsicht nach dem Stand der Technik,
FIG 3: beispielhaft einen Radsatz mit einem achsreitenden Antrieb in einer Draufsicht nach dem Stand der Technik,
FIG 4: beispielhaft einen Längsschnitt durch ein Fahrwerk mit zwei pendelnd mit einem Querträger verbundenen Tatzlagerantrieben in einer Prinzipdarstellung nach dem Stand der Technik,
FIG 5: beispielhaft einen Längsschnitt durch ein Fahrwerk mit einem im Fahrwerkrahmen mittig angeordneten und über zwei Zug-/Druckelemente mit einem Lok- oder Wagenkasten verbundenen Querträger in einer Prin- zipdarstellung,
FIG 6: beispielhaft ein Fahrwerk in einer konstruktiven Darstellung und in einer Draufsicht,
FIG 7: eine Schnittdarstellung durch das Fahrwerk gemäß FIG 6 entlang der in FIG 6 eingetragenen Schnittli- nie VII-VII,
FIG 8: eine Schnittdarstellung durch den Querträger ent- lang der in FIG 6 eingetragenen Schnittlinie VIII- VIII in einer vergrößerten Darstellung und
FIG 9: eine Schnittdarstellung durch den Querträger eines erfindungsgemäßen Fahrwerks in einer vergrößerten Darstellung.

FIG 1 zeigt beispielhaft ein Fahrwerks 1 mit zwei Antrieben 9 nach dem Stand der Technik.
Das gezeigte Fahrwerk 1 umfasst einen Fahrwerkrahmen 2, bestehend aus zwei Längsträgern 3 und einem damit verbundenen Querträger 4. Im Beispiel der FIG 1 weist das Fahrwerk 1 zwei Radsätze 7 mit je einer Radsatzwelle 8 und zwei Rädern 5 auf. Die Radsätze 7 sind in Radsatzlagern 6 gelagert, die im Beispiel der FIG 2 mit dem Querträger 4 verbunden sind. Im Fahrwerkrahmen 2 sind zwei nicht koaxiale Antriebe 9 aufgenommen. In diesem Fall liegt die Drehachse des Fahrmotors 10 außerhalb der Drehachse der Radsatzwelle 8. Koaxiale Antriebe 9 sind z.B. Direktantriebe. Zur Einleitung von Längskräften, das heißt von Zug-und Druckkräften, insbesondere von Antriebs- und Bremskräften des Fahrwerkes, ist der in der Bildebene weiter hinten liegende Antrieb 9 über eine Zug-/Druckstange 15 mit einem nicht weiter gezeigten Lok- oder Wagenkasten verbunden. Die beiden Antriebe 9 können untereinander über eine in der FIG 1 nicht sichtbare Stange gelenkig verbunden sein.
Darüber hinaus weisen die beiden Radsätze 7 je eine Bremseinrichtung 12 auf. Mit dem Bezugszeichen 13 sind Primärfedern bezeichnet. Sie sind zwischen dem Fahrwerkrahmen 2 und den Radsatzlagern 6 zur Dämpfung angeordnet. Die Längsträger 3 können mit dem Querträger 4 gelenkig verbunden sein. Das Fahrwerk 1 kann mittels großer, als Luftfedern ausgebildeter Sekundärfedern 14 an eine Bodenplatte des darüber liegenden und nicht weiter gezeigten Schienenfahrzeugs angebunden sein.
FIG 2 zeigt beispielhaft einen Radsatz 7 mit einem Tatzlagerantrieb 9 in einer Draufsicht nach dem Stand der Technik.
Wie die FIG 2 zeigt, sitzt der Fahrmotor 10 quasi auf der Radsatzwelle 8. Zwischen dem Fahrmotor 10 und der Radsatzwelle 8 ist ein zur Radsatzwelle 8 koaxiales Tatzlagerrohr 20 zu sehen. Mit dem Bezugszeichen 21 sind zwei zugehörige Tatzlager bezeichnet. Der Fahrmotor 10 treibt über ein Kleinrad 23 ein fest mit der Radsatzwelle 8 verbundenes Großrad 24 an. Der Fahrmotor 10 weist weiterhin eine Fahrmotoraufhängung 22 auf, über welche der Fahrmotor 10 gelenkig an einem Querträger 4 angebunden sein kann.
FIG 3 zeigt beispielhaft einen Radsatz 7 mit einem achsreitenden Antrieb 9 in einer Draufsicht nach dem Stand der Technik.
Im Beispiel der FIG 3 ist der Fahrmotor 10 über Fahrmotoraufhängungen 29 an einem nicht dargestellten Querträger 4 befestigt. Der Fahrmotor 10 treibt über eine Motorwelle 25 und über eine nachfolgende Zahnkupplung 26 eine mit dem Kleinrad 23 verbundene Getriebeeingangswelle 27 an. Das Kleinrad 23 treibt ein fest mit der Radsatzwelle 8 drehfest verbundenes Großrad 24 an. Das nicht weiter bezeichnete.Gehäuse des Antriebes 11 ist mit einem im Vergleich zum Tatzlagerrohr 20 in FIG 2 beispielhaft kürzeren Lagerrohr 20 verbunden.
FIG 4 zeigt beispielhaft einen Längsschnitt durch ein Fahrwerk 1 mit zwei pendelnd mit einem Querträger 4 verbundenen Tatzlagerantrieben 9 in einer Prinzipdarstellung nach dem Stand der Technik. Die beiden Fahrmotoren 10 sind mit einem koaxial zur jeweiligen Radsatzwelle 8 drehbar gelagerten Tatzlagerrohr 20 verbunden. Im Fahrwerk 1 kann alternativ nur ein angetriebener Radsatz 7 aufgenommen sein. Es können auch mehrere angetriebene Radsätze 7 aufgenommen sein, wie z.B. drei oder vier. Neben den angetriebenen Radsätzen 7 können auch antriebslose Radsätze 7 im Fahrwerk 1 angeordnet sein. Die Radsätze 7 können Starrradsätze oder Losradsätze sein. Im Beispiel der FIG 4 verläuft der Längsschnitt durch die geometrische Mitte des Fahrwerkes 1. Die Bildebene gemäß FIG 4 entspricht daher der Längsschnittebene LSE. Die Längsschnittebene LSE verläuft senkrecht zu einer Schienenebene SE. Eine durch diese Mitte senkrecht verlaufende Achse ist zugleich die Spiegelachse des Fahrwerkes 1. Mit "senkrecht" ist eine parallele Richtung zur Flächennormalen der Schienenebene SE bezeichnet, auf der das gezeigte Fahrwerk 1 steht.
FIG 5 zeigt beispielhaft einen Längsschnitt durch ein Fahrwerk 1 mit einem im Fahrwerkrahmen 2 mittig angeordneten und über zwei Zug-/Druckelemente 41, 42 mit einem Lok- oder Wagenkasten 16 verbundenen Querträger 4 in einer Prinzipdarstellung.
Es ist der Querträger 4 mit jeweils zumindest einem an einer Oberseite OS und an einer Unterseite US des Querträgers 4 gelenkig verbundenen Zug-/Druckelement 41, 42 mit dem Lok- oder Wagenkasten 16 gelenkig verbindbar. Die dargestellten Zug-/Druckelemente 41, 42 sind vorzugsweise starre Zug/Druckstangen. Dadurch können in den Querträger 4 eingeleitete Drehmomente DM sowie Zug- und Druckkräfte FZ, FD mittels der erfindungsgemäßen Anordnung direkt und unter Umgehung des Fahrgestellrahmens in den Lok- oder Wagenkasten 16 eingeleitet werden.
Weiterhin ist mit dem Bezugszeichen LA eine Längssymmetrieachse LA und mit QA eine Quersymmetrieachse des Querträgers 4 bezeichnet. Es verläuft die Längssymmetrieachse LA in einer Querschnittsebene QSE durch die Mitte des Fahrwerks 1. Weiterhin ist der Querträger 4 derart im Fahrwerk 1 angeordnet, dass die Quersymmetrieachse QA in einer Längsschnittebene LSE durch die Mitte des Fahrwerks 1 verläuft. Zur möglichst drehmomentfreien Weiterleitung der aus den Radsatzaufstandspunkten eingeleiteten Zug- und Druckkräfte FZ, FD verlaufen zudem die Längssymmetrieachse LA und die Quersymmetrieachse QA des Querträgers 4 in einer durch die Drehachsen RA der Radsatzwellen 8 verlaufenden Ebene. Senkrechte Schnitte durch den Querträger 4 entlang der Längssymmetrieachse LA sowie der Quersymmetrieachse QA weisen zumindest überwiegend einen rechteckigen Querschnitt auf.
Die in FIG 5 gezeigten Zug-/Druckelemente 41, 42 weisen jeweils ein erstes Ende 41a, 42a auf. Zweite Enden 41b, 42b bilden mit einem lok- oder wagenkastenseitigen und nicht weiter dargestellten Lager jeweils ein Gelenk 47, 48. Weiterhin ist je ein Lagerbock bzw. eine Konsole 43, 44 an der Oberseite OS und an der Unterseite US des Querträgers 4 angeordnet, wobei die ersten Enden 41a, 42a der Zug-/Druckelemente 41, 42 mit dem jeweiligen Lagerbock 43, 44 je ein Gelenk 45, 46 bilden. Die zuvor beschriebenen Gelenke 45 bis 48 sind vorzugsweise Sphärolager oder Kugelgelenke.
Im Beispiel der FIG 5 sind die Gelenke 45, 46 sowohl in einer Querschnittsebene QSE als auch in einer Längsschnittebene LSE durch die Mitte des Fahrwerks 1 angeordnet. Die damit gelenkig verbundenen Zug-/Druckelemente 41, 42 verlaufen parallel zueinander und zudem spiegelbildlich zu der durch die Drehachsen RA der Radsatzwellen 8 verlaufenden Ebene.
Im Fahrwerkrahmen 2 sind zwei Antriebe 9 mit je einem Fahrmotor 10 und einem Getriebe 11 aufgenommen. Bei den Antrieben 9 handelt es sich um Tatzlagerantriebe 9, deren Fahrmotoren 10 mit einem koaxial zur Radsatzwelle 8 drehbar gelagerten Tatzlagerrohr 20 verbunden sind. Jeder Fahrmotor 10 weist zur Einleitung des von ihm bzw. vom Antrieb 9 stammenden Drehmoments eine Drehmomentstütze 51 auf, welche gelenkig mit dem Querträger 4 verbunden ist. Über die Drehmomentstütze 51 können auch Bremsdrehmomente in den Querträger 4 eingeleitet werden, die z.B. von einer im Radsatz 7 angeordneten mechanischen Bremseinrichtung stammen. Die gezeigten Drehmomentstützen 51 sind mit der Unterseite US des Querträgers 4 gelenkig verbunden.
Alternativ können im Fahrwerkrahmen 2 achsreitende Antriebe 9 mit je einem Fahrmotor 10 und einem Getriebe 11 aufgenommen sein, wobei die Fahrmotoren 10 dann insbesondere querelastisch mit dem Querträger 4 verbunden sind. Es ist bei dieser Antriebsvariante von besonderem Vorteil, wenn das eine Getriebe eine gerade Getriebestufenzahl, insbesondere zweistufig, und das andere Getriebe eine ungerade Getriebestufenzahl, insbesondere einstufig, mit einem gleichen Übersetzungsverhältnis aufweist. Dadurch kompensieren sich weitestgehend die von den beiden am Querträger 4 angebrachten Fahrmotoren 10 stammenden Motordrehmomente. Zur Einleitung der von den Getrieben 11 stammenden Drehmomente in den Querträger 4 ist an jedem achsreitenden Getriebe 11 eine Drehmomentstütze angebracht, die ihrerseits gelenkig mit dem Querträger 4 verbunden ist.
FIG 6 zeigt beispielhaft ein Fahrwerk 1 in einer konstruktiven Darstellung und in einer Draufsicht.
Der gezeigte Mittenquerträger 4 weist eine Längs- und Quersymmetrieachse LA, QA, die in der Querschnittsebene QSE bzw. in der Längsschnittebene LSE durch die (geometrische) Mitte des Fahrwerks 1 angeordnet sind. Der Querträger 4 ist über zwei Führungselemente 60 mit zwei Längsträgern 3 des Fahrwerkrahmens 2 beweglich verbunden. An der Oberseite OS des Querträgers 4 sind zudem Sekundärfedern 14 angeordnet. Diese dienen zur Federung des nicht dargestellten "darüberliegenden" Lok- oder Wagenkastens 16.
In der projizierten geometrischen Fahrwerksmitte befindet sich auf der Oberseite OS des Querträgers 4 ein Lagerbock 43, mit dem das obere Zug-/Druckelement 41 gelenkig verbunden ist. Das andere Ende des oberen Zug-/Druckelements 41 ist gleichfalls gelenkig mit einem nur ansatzweise dargestellten Lok- oder Wagenkasten 16 verbunden. Das untere Zug-/Druckelement 42, welches horizontal parallel zum oberen Zug-/Druckelement 41 angeordnet ist, ist in dieser Darstellung durch das obere Zug-/Druckelement 41 verdeckt und daher nicht sichtbar. In der konstruktiven Ausgestaltung des gezeigten Fahrwerkes 1 sind die Zug-/Druckelemente 41, 42 als Zug-/Druckstangen ausgebildet.
Im Fahrwerk 1 sind zwei Tatzlagerantriebe 9 mit je einem Fahrmotor 20 und einem Getriebe 11 aufgenommen. Die Fahrmotoren 10 sind zum einen fest mit einem Tatzlagerrohr 20 verbunden, wobei das Tatzlagerrohr 20 koaxial zur Radsatzwelle 8 gelagert ausgeführt ist. Zwischen der Radsatzwelle 8 und dem Tatzlagerrohr 20 sind je zwei Tatzlager 21 angeordnet, welche mit den Radsatzlagern 6 je eine integrale Baueinheit bilden. Zum anderen sind die beiden Fahrmotoren 10 über je eine Drehmomentstütze 51 zur Einleitung der fahrmotor- bzw. antriebsseitigen Drehmomente gelenkig an den Seitenbereich des Querträgers 4 angebunden. Die Drehmomentstützen 51 sind zudem über je ein Pendel 55 gelenkig mit dem Querträger 4 verbunden, welche jedoch in der vorliegenden Darstellung nicht sichtbar sind. Die Drehmomentstützen 51 sind in den nachfolgenden FIG 7 und FIG 8 im Detail dargestellt. Des Weiteren sind die Radsätze 7 über Radsatzlenker 49 mit dem Querträger 4 verbunden. Die Radsatzlager 6 können, wie in FIG 6 gezeigt, beispielhaft über als Zylinderfedern ausgeführte Primärfedern 13 gegenüber dem jeweiligen Radsatzlenker 49 gedämpft sein.
Im Beispiel der FIG 6 weist der Querträger 4 eine maximale Breite QB auf. In der projizierten Darstellung des Fahrwerks 1 liegt der Querträger 4 in der Längserstreckung LR des Fahrwerks 1 gesehen zwischen den Radsätzen 7. Mit AR ist der Abstand der Drehachsen RA der Radsatzwellen 8 zueinander, mit AB der Abstand von der Längssymmetrieachse LA des Querträgers 4 zur Lagerachse des Gelenks 52 in der Längserstreckung LR des Fahrwerks 1 bezeichnet. Das Verhältnis der Abstands AB zur maximalen Breite QB des Querträgers 4 beträgt weniger als 1/2. Insbesondere weist das Verhältnis einen Wert in einem Bereich von 1/4 bis 1/3 auf, so dass eine nahezu drehmomentfrei Einleitung der fahrmotor- bzw. antriebsseitigen Drehmomente in den Querträger 4 erfolgen kann. Hier ist eine möglichst nahe Einleitung der Drehmomente in Bezug auf die Längssymmetrieachse LA des Querträgers 4 wünschenswert. Weiterhin sind im Beispiel der FIG 6 die Radsatzlager 6 im Fahrwerkrahmen 2 zur Verbesserung der Laufeigenschaften des gezeigten Fahrwerks 1 jeweils mittels eines Radsatzlenkers 49 mit dem Querträger 4, insbesondere seitlich mit dem Querträger 4, verbunden.
FIG 7 zeigt eine Schnittdarstellung durch das Fahrwerk 1 gemäß FIG 6 entlang der in FIG 6 eingetragenen Schnittlinie VII-VII.
Im rechten Teil der FIG 7 sind die beiden übereinander angeordneten und parallel zur Schienenebene SE angeordneten Zug-/Druckstangen 41, 42 zu sehen. Mit dem Bezugszeichen FZ ist eine an der Radsatzwelle 8 wirkende Zugkraft bezeichnet, die durch die Antriebe 9 bewirkt wird. Mit dem Bezugszeichen FD ist eine an der Radsatzwelle 8 wirkende Druckkraft bezeichnet, die in entgegengesetzter Richtung zur Zugkraft FZ wirkt. Mit dem Bezugszeichen DM ist das an der jeweiligen Radsatzwelle 8 wirkende Antriebsmoment bezeichnet. Die Zug- und Druckkraft FZ, FD sind je nach Fahrtrichtung des Fahrwerkes insbesondere Antriebskräfte bzw. Bremskräfte der Antriebe 9. Wie die FIG 7 weiter zeigt, können das Drehmoment DM sowie die Längskräfte FZ, FD über die beiden Zug-/Druckstangen 41, 42 zumindest nahezu vollständig in den Lok- oder Wagenkasten 16 eingeleitet werden.
In dieser Darstellung ist die gelenkige Anbindung der Fahrmotoren 10 über je eine Drehmomentstütze 51 und über je ein Pendel 55 im Seitenbereich des Querträgers 4 gut erkennbar.
FIG 8 zeigt eine Schnittdarstellung durch den Querträger 4 entlang der in FIG 6 eingetragenen Schnittlinie VIII-VIII in einer vergrößerten Darstellung.
In dieser Darstellung ist erkennbar, dass je eine Konsole 56 im Seitenbereich des Querträgers 4 angeordnet ist. Das obere Ende der Pendel 55 ist gelenkig in der Konsole 56 aufgenommen, während das untere Ende der Pendel 55 gelenkig mit der Drehmomentstütze 51 des jeweiligen Fahrmotors 10 verbunden ist. Die pendelnde Anbindung erlaubt in einem gewissen Maße einen fahrdynamischen Ausgleich von Querbewegungen des Fahrmotors 10. Somit sind nur Teile der Antriebsmassen in vertikaler Richtung am Querträger 4 primär aufgehängt. Sie zählen daher nicht zu dem ungefederten Teil der Radsatzmassen.
Weiterhin ist in der FIG 8 die Anbindung der Radsatzlenker 49 im seitlichen Bereich des Querträgers 4 zu sehen. Die Radsatzlenker 49 können mittels eines vergleichsweise steifen Verbindungselementes, wie z.B. eines Gummi-Metall-Elementes, mit dem Querträger 4 verbunden sein.
FIG 9 zeigt eine Schnittdarstellung durch den Querträger 4 eines erfindungsgemäßen Fahrwerks in einer vergrößerten Darstellung.
Wie FIG 9 zeigt, ist je ein Lagerbock 43, 44 zur gelenkigen Anbindung der Zug-/Druckelemente 41, 42 an der Ober- und Unterseite OS, US des Querträgers 4 angeordnet. Es ist zudem zwischen dem unteren Lagerbock 44 und den Drehmomentstützen 51 jeweils ein Zugkraftlenker 57 gelenkig angeordnet. Die Zugkraftlenker 57 weisen eine Längsachse auf, welche jeweils in einer Längsschnittebene durch die Mitte des Fahrwerks 1 verlaufen. Sie sind weiterhin parallel zu einer durch die Drehachsen der Radsatzwellen verlaufenden Ebene und zwischen der Unterseite US des Querträgers 4 und dem unteren Zug-/Druckelement 42 bzw. der unteren Zug-/Druckstange 42 angeordnet. Bei einer derartigen Anordnung der Zugkraftlenker 57 resultieren vergleichsweise geringe Biegemomente infolge der Zug- und Bremskräfte um die Hochachse des Querträgers 4 im Vergleich zur Einleitung dieser Kräfte über die Radsatzlenker 49.
Wie FIG 9 weiter zeigt, weist jedes Ende der beiden gezeigten Zugkraftlenker 57 ein Gelenk 58, 59 auf. Die Gelenke 58, 59 können beispielsweise ein Sphärolager, ein Kugellager oder auch eine Gummi-Metall-Element sein.
Vorzugsweise sind die Radsatzlenker 49 parallel zu den Zugkraftlenkern 57 angeordnet. Durch die kräftemäßige Aufteilung können die Radsatzlenker 49 im Vergleich zur Lösung ohne Zugkraftlenker 57 hinsichtlich der Anbindung an den Querträger weicher ausgeführt werden. Dies ist hinsichtlich der Bogenfahrt des Fahrwerks 1 lauf technisch günstiger.

Claims

Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug, wobei das Fahrwerk einen Fahrwerkrahmen (2) mit zwei Längsträgern (3) und einem damit verbundenen Querträger (4), zwei in Radsatzlagern (6) gelagerte Radsätze (7) mit je einer Radsatzwelle (8) und zwei Rädern (5) sowie zwei im Fahrwerkrahmen (2) aufgenommene Antriebe (9) zum Antreiben je einer Radsatzwelle (8) aufweist, wobei die Radsatzlager (6) mit dem Fahrwerkrahmen (2) verbunden sind und wobei je ein Lagerbock (43,44) an einer Ober- und Unterseite (OS,US) des Querträgers (4) zur gelenkigen Anbindung zumindest eines Zug-/Druckelementes (41,42) mit einem Lok- oder Wagenkasten (16) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die beiden beweglich am Querträger (4) aufgehängten Antriebe (9) Tatzlagerantriebe oder achsreitende Antriebe mit je einem Fahrmotor (10) und einem Getriebe (11) sind,

- dass im Falle von Tatzlagerantrieben (9) die Fahrmotoren (10) mit einem koaxial zur Radsatzwelle (8) drehbar gelagerten Tatzlagerrohr (20) verbunden sind und dass der Fahrmotor (10) eine Drehmomentstütze (51) aufweist, mittels derer der jeweilige Fahrmotor (10) gelenkig mit dem Querträger (4) verbunden ist, oder

- dass im Falle von achsreitenden Antrieben (9) die Fahrmotoren (10) gemeinsam am Querträger (4) angebracht sind und dass an jedem achsreitenden Getriebe (11) eine Drehmomentstütze (51) angebracht ist, die ihrerseits gelenkig mit dem Querträger (4) verbunden ist, und

- dass zwischen dem unteren Lagerbock (44) an der Unterseite (US) des Querträgers (4) und den Drehmomentstützen (51) jeweils ein Zugkraftlenker (57) gelenkig angeordnet ist.
Fahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentstützen (51) mit der Unterseite (US) des Querträgers (4) gelenkig verbunden sind.
Fahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentstützen (51) über je ein Pendel (55) gelenkig mit dem Querträger (4) verbunden sind.
Fahrwerk nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (4) zwei Seitenbereiche aufweist, welche je einem Fahrmotor (10) des Tatzlagerantriebs (9) gegenüberliegen, dass je eine Konsole (56) im Seitenbereich des Querträgers (4) angeordnet ist, dass das obere Ende der Pendel (55) gelenkig in der Konsole (56) aufgenommen ist und dass das untere Ende der Pendels (55) gelenkig mit der Drehmomentstütze (51) des jeweiligen Fahrmotors (10) des Tatzlagerantriebs (9) verbunden ist.
Fahrwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugkraftlenker (57) eine Längsachse aufweisen, welche jeweils in einer Längsschnittebene (LSE) durch die Mitte des Fahrwerks (1) verlaufen.
Fahrwerk nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugkraftlenker (57) parallel zu einer durch die Drehachsen (RA) der Radsatzwellen (8) verlaufenden Ebene angeordnet sind.
Fahrwerk nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass je zwei Tatzlager (21) zwischen der Radsatzwelle (8) und dem Tatzlagerrohr (20) angeordnet sind und dass die Tatzlager (21) mit den Radsatzlagern (6) je eine integrierte Baueinheit bilden.
Fahrwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Getriebe (11) des achsreitenden Antriebs (9) eine gerade Getriebestufenzahl und dass das andere Getriebe (11) des achsreitenden Antriebs (9) eine ungerade Getriebestufenzahl mit einem gleichen Übersetzungsverhältnis aufweist.
Fahrwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebe (11) mit einem koaxial zur Radsatzwelle (8) drehbar gelagerten Lagerrohr (20) verbunden sind.
Fahrwerk nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Zugkraftlenker (57) und die Zug-/Druckelemente (41,42) starre Zug-/Druckstangen sind.
Fahrwerk nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Längsträger (3) des Fahrgestellrahmens (2) beweglich mit dem Querträger (4) verbunden sind.
Fahrwerk nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radsatzlager (6) im Fahrwerkrahmen (2) jeweils mittels eines Radsatzlenkers (49) mit dem Querträger (4) verbunden sind.