JP7483043B2 - アンチローリング装置を備えた、レール車両のための台車 - Google Patents

アンチローリング装置を備えた、レール車両のための台車 Download PDF

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Description

本発明は、請求項1の上位概念の形式の台車に関する。
1次ばね支承、すなわち台車に対する車輪または車軸のばね支承が、主に、板ばね、コイルばね、またはゴム金属ばねにより行われる、鋼構造のレール車両のための従来の台車は、自重が高いということのほか、多数の個別部品から成り、駆動装置、制御機器、およびブレーキのような組込み要素のための構成スペースが少ないという付加的な問題を有している。
自重を減らすために、従来の技術により、1次ばね支承が、例えば独国特許出願公開第2952182号明細書に記載されているような台車フレームによって、または例えば米国特許出願公開第2012/0279416号明細書により公知であるように繊維強化プラスチック(FVK)から成る板ばねによって実現される、繊維複合体構造の台車が知られている。
ねじればね、ねじれ棒、またはトーションばねとも呼ばれるトーションバーの構成において、負荷に対して適切な繊維配向が可能であることに基づきFVKを使用することは特別な利点をもたらし、これにより、繊維複合体材料から成るトーションばねのねじれ剛性に、繊維の長手方向における弾性率Eが含まれるようになり、例えば金属ばねの場合のように、一般的により小さい剪断弾性率Gは含まれない。
とりわけ、このような理由から、1次ばね支承がトーションバーによって実現される台車は、高い軽量構造可能性と、組込み要素のための構成スペースとを有している。車軸は、高さ方向で振動するリンクによってフレームに取り付けられている、トーションバー1次ばね支承が行われる台車は、例えば***国特許出願公開第735080号明細書または独国特許出願公開第102016123784号明細書により公知であり、この場合、各リンクは、走行方向に対して横方向に配置されたトーションバーの外側端部に取り付けられている。類似の構造は、***国特許出願公開第838897号明細書に記載されており、この場合、リンクは、台車中央のトーションバーの調節可能な固定を介して高さ調節可能である。
レール車両においては、トーションバーには、車体の横方向安定化において別の用途もあり、すなわち、車体の長手方向軸線を中心としたローリング運動を減じるために、または安定化させるためにトーションバーが使用される。
独国特許出願公開第2841769号明細書は、横方向スタビライザとして機能するトーションバーを示しており、このトーションバーは、車両の反対側に配置された揺動体を互いに接続している。揺動体ホルダを介して台車フレームに取り付けられている各揺動体には、車体をばねによって減衰させるために、コイルばねの上側の支持部が垂直方向可動に取り付けられている。
車体の片側でのばね支承を阻止するために、多くは旋回可能に車体に支持されている端部側のクランクを有する、走行方向に対して横方向に配置されたトーションバーの構造で、しばしばアンチローリング装置も使用され、この場合、クランクと車体との間の接続は揺れ支持部を介して行われる。
独国特許発明第4410970号明細書には、車体が台車上にばね支持されている、レール車両のためのこのように形成されたアンチローリング装置と、アンチローリング装置の揺れ支持部の傾斜によって行われる受動的な横方向傾斜制御との組み合わせが記載されており、この場合、アンチローリング装置のトーションバーは、台車内でばね力によってセンタリングされる、車両長手方向に対して横方向の中央位置から両側に向かって限定的な行程だけ摺動可能に支持されている。
独国特許出願公開第102012008995号明細書には、自動車の車輪懸架装置のための、FVKから成るスタビライザが示されており、このスタビライザは、車輪懸架装置に取り付けられた長手方向アームに、摩擦接続的かつ形状接続的な歯列を介して接続されている。
本発明の課題は、付加的な組込み要素のために特に多くの構成スペースを有している、アンチローリング装置を備えた台車を提供することである。
この課題は、請求項1の特徴を備えたレール車両のための台車によって解決される。本発明の別の構成は、従属請求項に記載されている。
本発明による台車は、少なくとも2つの輪軸を有しており、これらの輪軸の各輪軸は、軸に結合された2つの車輪を含む。輪軸は、軸箱に支持されており、軸箱は、軸ガイドを介してフレームに枢着結合されているので、軸ガイドは、軸箱とフレームと共にH型を形成している。フレームは、輪軸の軸に対して平行に配置された少なくとも2つのトーションばね系を有しており、このトーションばね系は、所定の領域でフレームに堅固に結合されている。さらに、トーションばね系は端部側でばねレバーアームを有しており、これにより、トーションばね系に接続されていない、ばねレバーアームの端部領域は、それぞれ軸箱に作用する。したがって、本発明による台車では、1次ばね支承は、少なくとも部分的に、少なくとも2つのトーションばね系によって行われる。本発明による台車はさらに、少なくとも1つのアンチローリング装置を有しており、アンチローリング装置は、少なくとも1つのトーションばね系の内部容積内にねじれ運動可能に配置されているトーションバーを有している。したがって、アンチローリング装置のトーションバーは、トーションばね系と同様に、台車の走行方向に対して横方向に配置されており、すなわち、アンチローリング装置のトーションバーの中心軸線も、輪軸の軸に対して少なくともほぼ平行に配置されている。
少なくとも2つのトーションばね系のそれぞれは、中空体として形成されている少なくとも1つのトーションバーを有している。本出願の意味では、1つのトーションばね系が、1つだけのトーションバーを有していてよく、このトーションバーは、その半分の高さの領域でフレームに堅固に支持されており、その両端部はそれぞれ1つのばねレバーを有している。また、1つのトーションばね系が、軸線方向で隣接して配置された2つのトーションバーを有していてもよい。この場合は、トーションバーの互いに向き合う端部が、堅固にフレームに支持されている。両トーションバーの他方の端部は、それぞれ1つのばねレバーを有している。
アンチローリング装置のトーションバーがトーションばね系の内側に配置されていることに基づき、本発明による台車は有利には、組込み要素のための大きな構成スペースを有している。
特に省スペースに、トーションばね系を、フレームの内側の相応の凹部内に配置することができる。
本発明による台車の1つの実施形態では、アンチローリング装置のトーションバーの端部領域が、トーションばね系を両側で越えて突出している。アンチローリング装置のトーションバーの両端部領域のそれぞれには、少なくとも1つの揺れ支持部アセンブリが配置されており、この揺れ支持部アセンブリのそれぞれトーションバーに接続されていない端部が、レール車両の車体に枢着されており、これにより両揺れ支持部アセンブリは、車体の対向する側に、機械的に、かつエネルギを伝達するように枢着されている。
本発明による台車の代替的な実施形態では、アンチローリング装置のトーションバーは、レール車両の1次ばねの少なくとも一部であるトーションばね系に枢着されている。
好適にはこのために、アンチローリング装置のトーションバーは、端部側で摩擦接続的にまたは摩擦接続的かつ形状接続的にトーションばね系に少なくとも間接的に接続されており、例えば、アンチローリング装置のトーションバーとトーションばね系との間の、またはアンチローリング装置のトーションバーと、トーションばね系に接続された伝達エレメントとの間の、端部側のプレス結合または端部側の歯列を介して接続されている。
有利には、この実施形態により、特に多くの構成スペースが提供され、必要な構成部品は特に少なく、車体に付加的な組付け部品は必要ない。
トーションばね系のトーションバーおよびアンチローリング装置のジオメトリおよび材料は、予想される負荷に規定通りに適合させることができる。トーションバーは、例えば、トーションバーの長さ全体にわたって、すなわち中心軸線に沿って一定または可変であってよい円形の、楕円形の、または多角形の横断面外輪郭を有していてよい。質量低減のために、アンチローリング装置のトーションバーも、トーションばね系の少なくとも1つのトーションバーと同様に、中空体として形成される。中空体として形成されたトーションバーの壁厚さは、全長にわたって一定または可変に形成されていてよい。好適には、トーションバーの、特に機械的に負荷される領域、例えば端部領域において、壁厚さが、その他の領域よりも大きくされる。
本発明による台車の別の実施形態では、アンチローリング装置のトーションバーは、少なくとも大部分は繊維強化プラスチックから成っている。好適には、付加的に少なくとも、台車のトーションばね系の少なくとも1つのトーションバーが、少なくとも大部分は繊維強化プラスチックから成っている。特に好適には、付加的に少なくとも、台車のフレームおよび/またはばねレバーアームが、少なくとも大部分は繊維強化プラスチックから成っている。この場合、「少なくとも大部分は」とは、上記構成部分を、例えば、力導入のために金属インサートを使用することにより、全体としてハイブリッド構造として形成することもでき、この場合、ねじれの主な機能は、繊維複合体の割合からもたらされることを意味している。
繊維としては、台車の稼働中に生じる負荷に耐え得る全ての繊維が、特に炭素繊維、またはガラス繊維またはアラミド繊維、または上記繊維の組み合わせが適している。樹脂としては、台車の稼働中に生じる負荷に耐え得る全ての樹脂が、特に合成樹脂が適している。これは、本発明の思想を認識した当業者によって難なく特定可能である。
要するに換言すると、本発明による解決手段は、台車の走行方向に対して横方向に配置された、台車の少なくとも1つのアンチローリング装置のトーションバーが、少なくとも部分的に台車の1次ばねのために形成されたトーションばね系の少なくとも1つのトーションバーの内側にほぼ同心的に、ねじれ運動可能に配置されていることに基づいている。
本発明は、図示し説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の意味で同様に機能する全ての実施形態も含んでいる。さらに、本発明は、特別に記載した特徴の組み合わせに限定されるものでもなく、個々の特徴が相互排除するものではない場合、または個々の特徴の特別な組み合わせが明示的に排除されていない限りは、すべての開示された個々の特徴のうちの所定の特徴のその他任意の各組み合わせによっても規定されてよい。
以下で本発明を図面に基づき実施例により説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。図面では、見やすくするために、複数存在する同じ構成要素には、それぞれ1つにだけ参照符号が付されている。
レール車両のための本発明による台車を示す平面図である。 車体(図示せず)に枢着されたアンチローリング装置を備えた本発明による台車を視線方向Yで見た側面図である。 車体(図示せず)に枢着されたアンチローリング装置を備えた本発明による台車の、線X-Xに沿った断面図である。 図3の細部Eを示す図である。 図3の細部Fを示す図である。 トーションばね系によって枢着されたアンチローリング装置を備えた本発明による台車を視線方向Yで見た側面図である。 トーションばね系によって枢着されたアンチローリング装置を備えた本発明による台車の、線X-Xに沿った断面図である。 図5の細部Eを示す図である。 トーションばね系によってそれぞれ枢着された2つのアンチローリング装置を備えた本発明による台車を視線方向Yで見た側面図である。 図6の本発明による台車の、X-Y平面における断面を上方から見た図である。
図1は、レール車両のための本発明による台車の実施例の平面図を示している。台車1,1,1**は、それぞれ2つの軸箱21に支持された2つの輪軸2を有しており、これらの輪軸は、軸201によって接続された2つの車輪202を備えている。各軸箱21は、軸ガイド22を介してフレーム3に枢着結合されている。フレーム3に対して輪軸2をばね支承するために、台車1,1,1**は、各輪軸2につきそれぞれ1つのトーションばね系を有しており、このトーションばね系は、フレーム3において対応する輪軸2の軸201に対して平行に配置されており、したがって示した図では見えていない。同じことが、トーションばね系内に配置されたアンチローリング装置にも当てはまる。アンチローリング装置の枢着部は図示されていない。トーションばね系には端部側でばねレバーアーム4が配置されており、各ばねレバーアーム4は、その一方の端部領域で、緩衝体、例えば、防振ゴム41を介して軸箱21に作用する。レール車両の車体(図示せず)に接続するために、フレーム3上には心皿5が配置されている;車体と台車1,1,1**との間の弾性的な接続は、フレーム3上に配置された、2次ばねのため空気ばね6によって形成される。
有利には、台車1,1,1**は、さらなる作動関連の組込み要素、例えばモータ7、伝動装置8、ブレーキ9のために特に大きな構成スペースを有している。
特にフレーム3、ばねレバーアーム4、アンチローリング装置のトーションばね系およびトーションバーは、少なくとも大部分は繊維強化プラスチックから製作されてよい。
図2および図3は、図1と同様の本発明による台車の図を示しており、この場合、アンチローリング装置が車体(図示せず)に枢着されている。
図2は、図1に示された視線方向Yで見た台車1の側面図を示している。上述したように、台車1は、軸箱21に支持された輪軸2を有している。各軸箱21は、軸ガイド22を介してフレーム3に枢着結合されている。各軸箱21には、ばねレバーアーム4の一方の端部領域が、緩衝体、例えば防振ゴム41を介して作用している。ばねレバーアーム4の他方の端部領域は、例えば金属製の伝達軸10を介してトーションばね系(図示せず)に結合されている。台車1の両トーションばね系のうちの一方には、トーションバー11を備えたアンチローリング装置が配置されており、トーションバーは端部側で、片側レバー111と、実質的に垂直な揺れ支持部112とを有した揺れ支持部アセンブリを介して、レール車両の車体(図示せず)の対向する側に枢着されている。
図3は、車体(図示せず)に枢着されたアンチローリング装置を備えた本発明による台車1を、図1に示された線X-Xに沿った断面図で示している。この断面図は、台車1の両トーションばね系12のうち、アンチローリング装置のトーションバー11が配置されている方のトーションばね系の対称軸線に沿った、ひいてはアンチローリング装置のトーションバー11の対称軸線にも沿った縦断面図に相当する。図3aは、図3の細部Eの拡大図を示している。図3bは、図3の細部Fの拡大図を示している。
図3は、フレーム3の内側におけるトーションばね系12の省スペースな配置を示している。トーションばね系12は、図示した実施例では、軸線方向で相前後して配置された、同じばね特性線を有する2つのトーションバー1201および1202を含んでおり、この場合、両トーションバー1201および1202の長手方向軸線、すなわち最小の慣性モーメントを有する軸線は、一致している。トーションバー1201および1202には、それぞれ端部側で、図3aおよび図3bでより明瞭に見ることができるように、例えば金属製のインサート13,13’が配置されている。トーションバー1201,1202の、インサート13,13’が接触している領域では、トーションバー1201,1202は厚くなっており、すなわち壁厚が、例えば付加的な繊維層、またはトーションバーをこの領域で取り囲み、好ましくは金属から製造されている付加的な帯材によって拡大されている。
トーションバー1201および1202の互いに向かい合った端部領域は、1つの共通のインサート13’を有しており、すなわち、トーションばね系12のトーションバー1201および1202は、1つの共通のインサート13’を介して互いに接続されている。このインサート13’は、図3bに詳しく示しているように、フレーム3に取り付けられた固定軸受14に相対回動不能に結合されている。両トーションバー1201および1202の、他方の外側の端部領域におけるインサート13は、伝達軸10に堅固に結合されており、この伝達軸は、フレーム3内に取り付けられたラジアル軸受15で回動可能に支持されていて、図3aで例えばトーションバー1201に関して詳しく示したように、ばねレバーアーム4に結合されている。
台車1のトーションバー1201および1202、インサート13、固定軸受14、および伝達軸10は、実質的に円筒状の中空体として形成されており、これによりアンチローリング装置のトーションバー11は、本発明により一貫して、これらのエレメントの内部容積内に配置されており、この場合、トーションバーの長手方向軸線は、実質的に、これらのエレメントの長手方向軸線に一致している。アンチローリング装置のトーションバー11は、その両端部領域でそれぞれ、そこに配置されている伝達軸10を越えて突出しており、この場合、アンチローリング装置のトーションバー11は、すべり軸受ブシュ16によって、伝達軸10を通して案内される。したがって、アンチローリング装置のトーションバー11は、両端部領域で回転可能に伝達軸10に支持されている。図示した実施例では、アンチローリング装置のトーションバー11の端部領域は、特にトーションバー11がすべり軸受ブシュ16に接触しているところで厚くされているが、端部領域は、厚くされずに形成されてもよい。軸方向のストッパとして形成されている、アンチローリング装置のトーションバー11の、各ばねレバーアーム4を越えて突出する両領域には、レバー111が配置されており、このレバーは、レール車両の車体(図示せず)に枢着された揺れ支持部112に接続されている。
図4および図5は、図1と同様の本発明による台車1の図を示しており、この場合、台車1は、両トーションばね系のうちの一方に枢着されている1つだけのアンチローリング装置を有している。この実施例は、図2および図3に示された台車1の実施例に対して代替をなす。
図4は、図1に示された視線方向Yで見た台車1の側面図を示している。図2で既に述べた構成要素の他に、台車1は、台車1とは異なり、アンチローリング装置のトーションバー11を車体に枢着するための揺れ支持部アセンブリを有していない。その代わりに、トーションばね系の内側に省スペースに配置されたアンチローリング装置のトーションバー11は、所定の領域で相対回動不能に伝達軸10に結合されているので、アンチローリング装置は伝達軸10によってトーションばね系に枢着されている。
このことは、図1に示された線X-Xに沿った断面図である、本発明による台車1を示す図5、または図5の細部Eの拡大図を示す図5aにより詳細に示されている。この実施例でも、フレーム3の内側に配置されたトーションばね系12は、軸線方向で相前後して配置された、同じばね特性線を有する2つのトーションバー1201および1202を含んでおり、この場合、両トーションバー1201および1202の長手方向軸線、すなわち最小の慣性モーメントを有する軸線は一致している。トーションバー1201および1202には、それぞれ端部側で、例えば金属製のインサート13,13’が配置されている。トーションバー1201,1202の、インサート13,13’が接触している領域では、トーションバー1201,1202は厚くなっており、すなわち壁厚が、例えば付加的な繊維層または帯材によって拡大されている。台車1の構成は、トーションバー1201および1202の互いに対向する端部領域の領域では、図3bに示した台車1の構成に相当する。
台車1の場合と同様に、台車1においても、トーションバー1201および1202の、他方の外側の端部領域におけるインサート13は、伝達軸10に堅固に結合されており、この伝達軸は、フレーム3内に取り付けられたラジアル軸受15内に回動可能に支持されていて、図5aで例えばトーションバー1201に関して詳しく示したように、ばねレバーアーム4に結合されている。
台車1のトーションバー1201および1202、インサート13、固定軸受14、および伝達軸10は、実質的に円筒状の中空体として形成されており、これによりアンチローリング装置のトーションバー11は、本発明により一貫して、これらのエレメントの内部容積内に配置されており、この場合、トーションバーの長手方向軸線は、これらのエレメントの長手方向軸線に一致しており、この場合、トーションバー11は伝達軸10を越えて突出していない。アンチローリング装置のトーションバー11の、図示した実施例において厚くされている両端部領域は、軸線方向で外側の、ばねレバーアーム4に面した領域を有しており、この領域は、摩擦接続的に、または摩擦接続的かつ形状接続的に、例えば、歯列17を介して、相対回動不能に伝達軸10に接続されている。歯列17には、軸線方向で、さらに内側に位置する、トーションバー11の、歯列が設けられていない領域が続いており、この領域は例えば、すべり軸受ブシュ16によって伝達軸10を通して案内される。トーションばね系12およびアンチローリング装置のトーションバー11は、したがってそれぞれ端部側で、相対回動不能に各伝達軸10に結合されているので、アンチローリング装置は伝達軸10によってトーションばね系12に枢着されている。
図6は、図1に示された視線方向Yで見た本発明による台車1**の側面図を示しており、この台車1**は、その両トーションばね系(図示せず)のそれぞれに、そのアンチローリング装置のトーションバー11が配置されている点でのみ、すなわちそれぞれ伝達軸10によってトーションばね系に枢着されている2つのアンチローリング装置を有している点でのみ、台車1と異なっている。
図6aには、心皿5を備えた本発明による台車1**の、図1に示されたX-Y平面における断面を上方から見た図が示されている。それぞれ1つの輪軸2に配属された各トーションばね系12には、それぞれ1つのアンチローリング装置のトーションバー11が配置されている。各トーションばね系12は、それぞれ端部側で、インサート13を介して、回転可能に支持された所属の伝達軸10に接続されている。アンチローリング装置のトーションバー11は、相対回動不能に、摩擦接続的に、または摩擦接続的かつ形状接続的に、端部側に配置された両伝達軸10に接続されており、この伝達軸を介してその両端部領域でトーションばね系12に枢着されている。台車1**は、有利には、例えばモータ7、伝動装置8、およびブレーキ9のような構成要素を配置するための特に多くの構成スペースを有している。
1,1,1** 台車
2 輪軸
201 軸
202 車輪
21 軸箱
22 軸ガイド
3 フレーム
4 ばねレバーアーム
41 防振ゴム
5 心皿
6 空気ばね
7 モータ
8 伝動装置
9 ブレーキ
10 伝達軸
11 アンチローリング装置のトーションバー
111 レバー
112 揺れ支持部
12 トーションばね系
1201 トーションばね系のトーションバー
1202 トーションばね系のトーションバー
13,13’ インサート
14 固定軸受
15 ラジアル軸受
16 すべり軸受ブシュ
17 歯列

Claims (4)

  1. レール車両のための台車(1,1*,1**)であって、軸箱(21)に支持された少なくとも2つの輪軸(2)と、少なくとも1つのフレーム(3)とを備えており、1つの輪軸(2)の2つの前記軸箱(21)のそれぞれは、軸ガイド(22)を介して前記フレーム(3)に枢着結合されており、当該台車は、前記輪軸(2)の軸(201)に対して平行に配置された少なくとも2つのトーションばね系(12)を有しており、前記トーションばね系は、前記フレーム(3)に相対回動不能に結合されているそれぞれ少なくとも1つの領域を有しており、各トーションばね系(12)は、2つのばねレバーアーム(4)を有しており、この場合、前記ばねレバーアーム(4)の、前記トーションばね系(12)に接続されていない端部領域は、前記軸箱(21)に作用するようになっている、台車(1,1*,1**)において、
    前記台車(1,1*,1**)は、少なくとも1つのアンチローリング装置を有しており、該アンチローリング装置は、前記トーションばね系(12)のうちの少なくとも1つのトーションばね系の内部容積内にねじれ運動可能に配置されているトーションバー(11)を有し
    前記アンチローリング装置の前記トーションバー(11)は、前記トーションばね系(12)に枢着され、
    両端部領域の、前記トーションばね系(12)の半分の高さの領域で、インサート(13,13’)が相対回動不能に前記トーションばね系(12)に接続されており、前記インサート(13’)は、前記トーションばね系(12)の前記半分の高さの領域で相対回動不能に、前記フレーム(3)に配置された固定軸受(14)に支持されており、それぞれ1つの前記インサート(13)は、前記トーションばね系(12)の前記両端部領域のうちの一方で相対回動不能に伝達軸(10)に接続されており、前記伝達軸自体は、回動可能に、前記フレーム(3)内に配置されたラジアル軸受(15)に支持されており、かつ所属の前記ばねレバーアーム(4)に接続されており、少なくとも前記トーションばね系(12)、前記インサート(13,13’)、前記固定軸受(14)、および前記伝達軸(10)は、中空体として形成されており、これにより、前記アンチローリング装置の前記トーションバー(11)は一貫してその内部容積内に配置されており、前記アンチローリング装置の前記トーションバー(11)はそれぞれその端部領域で、プレス結合または歯列によって相対回動不能に前記伝達軸(10)に接続されており、これにより前記アンチローリング装置は前記伝達軸(10)によって前記トーションばね系(12)に枢着されていることを特徴とする、台車(1,1*,1**)。
  2. 前記アンチローリング装置の前記トーションバー(11)は、前記トーションばね系(12)に、少なくとも間接的にその両端部領域で、摩擦接続を介して、または摩擦接続および形状接続を介して接続されている、請求項記載の台車(1,1*,1**)。
  3. 前記アンチローリング装置の前記トーションバー(11)は、少なくとも大部分は繊維強化プラスチックから製作されている、請求項1又は2記載の台車(1,1*,1**)。
  4. 各トーションばね系(12)の少なくとも1つのトーションバー(1201,1202)または前記フレーム(3)または前記ばねレバーアーム(4)または上記の組み合わせは、少なくとも大部分は繊維強化プラスチックから製作されている、請求項記載の台車(1,1*,1**)。
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