KR20050113275A - 향상된 트랜스버스 서스펜션을 구비한 철도 차량용 러닝기어 - Google Patents

향상된 트랜스버스 서스펜션을 구비한 철도 차량용 러닝기어 Download PDF

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봄바디어 트랜스포테이션 게엠베하
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 휠셋, 중간의 제1의 서스펜션(4)을 통하여 상기 휠셋에 의해 지지되는 러닝 기어 프레임(3), 상기 러닝 기어 프레임 상에 객차 보디(5)를 지지하기 위한 제2의 서스펜션 및 트랜스버스 서스펜션(24, 25)을 포함하는 철도 차량용 러닝 기어에 관한 것이다. 바람직한 실시예에서, 상기 제2의 서스펜션에는 에어 스프링(6)이 구비된다. 낮은 상호 작용으로 횡방향 운동 및 롤링 운동을 더 양호하게 제어하기 위해, 트랜스버스 서스펜션(24, 25) 및/또는 트랜스버스 댐핑은 제2의 서스펜션(6)의 위 및 객차 보디(5)의 바닥부의 아래에 배치된다.

Description

향상된 트랜스버스 서스펜션을 구비한 철도 차량용 러닝 기어{RUNNING GEAR FOR A RAILWAY VEHICLE PROVIDED WITH AN IMPROVED TRANSVERSAL SUSPENSION}
본 발명은 적어도 하나의 휠셋(wheelset), 제1의 서스펜션에 의해 상기 휠셋 상에 지지된 러닝 기어 프레임, 러닝 기어 프레임 상에 객차 보디(coach body)를 지지하기 위한 제2의 서스펜션 및 트랜스버스 서스펜션을 포함하는 철도 차량용 러닝 기어에 관한 것이다.
에어 스프링식 철도 차량의 에어 스프링에는 통상적으로 트랜스버스 스프링과 트랜스버스 댐퍼가 결부되어 있다. 2개의 에어 스프링과 센트럴 핀(central pin)을 갖는 에어 스프링식 철도 차량의 전통적인 설계에서는, 트랜스버스 스프링과 트랜스버스 댐퍼가 통상적으로 길이 방향의 편심 위치 또는 하부 중앙 위치에 배치된다. 두 위치 모두 대체로 바람직하지 않은 동력학적 거동을 초래한다. 길이방향의 편심 위치에의 배치는, 서스펜션 요소들의 효율에 있어서의 저감 및 패러시틱 회전 진동(parasitic rotational vibration)을 초래한다. 하부 중앙 위치는 롤링 운동(rolling motion)을 증대시키며, 그에 따라 횡방향 및 롤링 운동의 댐핑을 저감시킨다.
도 1은 본 발명에 따른 러닝 기어의 제1의 예시적인 실시예의 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 러닝 기어의 제2의 예시적인 실시예의 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 러닝 기어의 제3의 예시적인 실시예의 개략도.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 액슬 섹션
2 : 레일 휠
3 : 러닝 기어 프레임
4 : 제1의 서스펜션(코일 스프링)
5 : 객차 보디
6 : 에어 스프링(제2의 서스펜션)
7 : 에어 스프링 벨로우즈(bellows)
8 : 에어 스프링의 보조 체적(auxiliary volume)
9 : 에어 스프링의 보조 스프링
10 : 중간 지지부(중간 크로스바)
11 : 롤러
12 : 객차 보디 크로스바
13 : 롤러 트랙
14 : 연결 요소
15 : 컨트롤 부재
16 : 트랜스버스 댐퍼
17 : 홀더
18 : 개구(리세스)
19 : 프로그레시브 크로스 스프링(progressive cross spring)
20 : 크로스 스프링
21 : 수직 댐퍼
22 : 롤 스태빌라이저(roll stabilizer)
23 : 스태빌라이저 가이드
24 : 능동 크로스 스프링
25 : 능동 크로스 스프링
26 : 객차 보디 크로스바의 개구
27 : 준능동(semi-active) 또는 능동 크로스 스프링
28 : 객차 보디 크로스바
본 발명의 목적은 전술한 단점들을 회피할 수 있도록 서두에서 특정된 타입의 러닝 기어를 수정하는 것이다. 가능한 최대의 기능성을 제공하는 포괄적인 러닝 기어에 컴팩트한 설계의 매우 안락한 서스펜션이 제공되게 된다.
이 목적은 본 발명에 따라 서두에서 특정된 타입의 러닝 기어에 있어서 청구항 1의 특징부에 의해 해결된다. 본 발명에 따른 러닝 기어는 실질적으로, 트랜스버스 서스펜션 및/또는 트랜스버스 댐핑이 제2의 서스펜션의 위 및 객차 보디의 바닥부의 아래에 배치되는 것을 특징으로 한다. 이 경우에, 트랜스버스 서스펜션은 바람직하게는 러닝 기어의 중앙에 배치된다. 트랜스버스 서스펜션 및/또는 트랜스버스 댐핑의 이와 같은 상부 및 중앙 배치의 결과로서, 횡방향 및 롤링 운동은 더 적은 상호 영향하에서 보다 양호하게 제어될 수 있다. 트랜스버스 서스펜션 및/또는 트랜스버스 댐핑의 중앙(중간) 배치의 결과로서, 러닝 기어의 횡방향 및 회전 진동의 사이에서 커플링이 발생하지 않으며, 이는 서스펜션 요소들의 효율을 향상시키고 능동 조절 시스템에 있어서 보다 높은 조절 특성을 달성할 수 있게 해준다. 본 발명에 따른 러닝 기어는 극도의 컴팩트한 설계로 최대의 기능성 및 성능을 제공한다. 본 발명의 러닝 기어는 비교적 단순한 설계에 의해 구별되어지며, 그래서 저비용으로 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 러닝 기어의 바람직한 실시예 및 유익한 실시예는 종속항에서 특정된다.
이하에서는 복수의 예시적인 실시예를 나타내는 도면을 참조하여 본 발명이 상세하게 설명된다.
도 1에 도시된 러닝 기어는 복수의 휠셋(wheelset)을 구비하는데, 간략화를 위해 그 중에서 휠셋의 하나의 트랙 휠(2)을 갖는 하나의 액슬 섹션(1) 만이 도시되어 있다. 휠셋은 각각 브레이크(도시하지 않음), 예를 들면 디스크 브레이크를 구비하며, 액슬 가이드(도시하지 않음) 내에서 가이드된다.
러닝 기어는, 코일 스프링의 형태인 제1의 서스펜션(4)에 의해 휠셋 상에 지지되는 러닝 기어 프레임(3)을 더 포함한다. 철도 차량의 객차 보디(5), 예를 들면 승객 운송용의 장거리 열차의 객차 보디는 제2의 서스펜션(6)에 의해 러닝 기어 프레임(3) 상에 지지된다. 객차 보디(5) 중에서 실질적으로 객차 보디(5)의 바닥부만이 본 명세서에서는 도시되어 있다. 제2의 서스펜션은 에어 스프링(6)으로 구성된 적어도 2개의 서스펜션 유닛으로 구성된다. 에어 스프링(6) 각각은, 에어 스프링 벨로우즈(7), 보조 체적(8) 및 수직 방향으로 작용하는 보조 스프링(9)을 갖는다. 에어 스프링(6)의 구성요소들(7 내지 9)은 바람직하게는 가능한 한 서로 가깝게 배치된다. 이와 같은 방식으로, 높은 진동수에서의 동적 스티프닝(dynamic stiffening) 또는 바람직하지 않은 스로틀 효과(throttle effect)를 초래할 수 있는 긴 연결 라인이 회피될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 에어 스프링(6)의 구성요소들(7 내지 9)은 서로 바로 상하 관계로 배치된다.
에어 스프링(6)의 위에는, 자체적으로 알려진 경동(傾動) 장치(tilting device)가 장착되는 크로스바(10) 형태의 중간 지지부(10)가 위치되며, 이 경동 장치에 의해 객차 보디(5)는 특히 곡선을 따라 이동할 때 그 길이 방향 축에 대하여 제어된 방식으로 경사질 수 있다. 중간 크로스바(10) 상에 배치된 경동 장치는 바람직하게는, 크로스바(10) 상의 특수한 홀더에 장착된 4개의 롤러(11)를 포함한다. 4개의 롤러 중에서, 본 명세서에는 2개의 롤러(11)만이 도시되어 있다. 이들 롤러(11) 상에는, 하부면 상에 롤러(11)와 결부된 롤러 트랙(13)을 갖는 객차 보디 크로스바(12)가 위치되어 있다. 롤러 트랙(13)은 곡선으로 또는 볼록하게 구성될 수 있다. 도시된 예시적인 실시예에서, 이들은 실질적으로 그 연장선들이 V자의 변(邊)과 같이 한 점에서 교차하도록 서로 다른 방향으로 경사진 편평한 롤러 트랙(13)으로 이루어져 있다. 객차 보디 크로스바(12)는 특수한 연결 요소(14)에 의해 객차 보디(5)에 연결되어 있다. 롤러(11) 및 롤러 트랙(13)은 객차 보디(5)의 수직한 길이방향 중심 평면 또는 길이방향 중심 축에 실질적으로 대칭적으로 배치되어 있다.
제어 요소(15)의 단부들은 중간 크로스바(10) 및 객차 보디 크로스바(12) 상에 피벗에 의해 설치되며, 상기 제어 요소는 예를 들면 전기기계식, 유압식 또는 전기-유압식 틸트 액추에이터, 특히 이중 작동 유압 실린더를 포함할 수 있다.
트랜스버스 댐퍼(16)는 중간 크로스바(10)의 위에 배치된다. 트랜스버스 댐퍼(16)는, 일단이 중간 크로스바(10) 상에서 지지되고 타단이 홀더(17)에 의해 러닝 기어 프레임(3) 상에서 지지된다. 트랜스버스 댐퍼(16)는 특히 준능동(semi-active) 트랜스버스 댐퍼로 이루어질 수 있다. 트랜스버스 댐퍼(16)와 결부된 홀더(17)는 2개의 에어 스프링(6)의 사이에서 실질적으로 중앙에 배치되며, 러닝 기어 프레임(3)으로부터 에어 스프링(6)보다 위의 레벨까지 연장된다. 이러한 용도로, 러닝 기어 프레임(3)은 예를 들면 타워 형상의 개구 또는 리세스(18)를 가질 수 있으며, 이를 통하여 홀더가 돌출하게 된다. 러닝 기어 프레임(3)은 2개의 트랜스버스 부재를 가지고 있다. 트랜스버스 댐퍼(16)를 지지하는 홀더(17)는 러닝 기어 프레임(3)의 2개의 트랜스버스 부재에 연결되거나, 또는 바람직하게는 프레임(3)의 2개의 트랜스버스 부재의 길이방향 연결에 의해 형성된다. 또한, 러닝 기어 프레임(3)과 중간 크로스바(10)의 사이에서 측방향의 상대적인 경로를 제한하도록 기능하는(저지 장치) 프로그레시브 크로스 스프링(19)이 이 홀더(17)에 부착되며, 마찬가지로 중간 크로스바(10) 상에 지지된다. 점진적으로 작용하는 크로스 스프링(19)은 중간 크로스바(10)의 바로 밑에 배치된다.
에어 스프링(6)의 전방 및 후방의 길이방향에는, 러닝 기어 프레임(3)과 중간 크로스바(10)의 사이에 각각 하나의 크로스 스프링(20)이 배치되며, 그 중에서 단 하나의 크로스 스프링만이 본 명세서에 도시되어 있다. 홀더에 의해 러닝 기어 프레임(3) 및 중간 크로스바(10) 상에서 지지되는 크로스 스프링(20)은 바람직하게는 프레임의 오목한 곳에 배치된다.
트랜스버스 댐퍼(16)는 경동 장치의 4개의 롤러(11) 중 2개의 사이에 배치됨을 알 수 있다. 경동 장치의 제어 요소(15)는 다른 2개의 롤러의 사이에 배치된다.
각각 하나의 수직 댐퍼(21)가 에어 스프링(6)의 외측에서 러닝 기어 프레임(3)과 중간 크로스바(10)의 사이에 배치된다. 요건에 따라, 하나 또는 두 개의 롤 스태빌라이저(roll stabilizer)(22)가 제공된다. 롤 스태빌라이저의 토션 로드(torsion rod)가 러닝 기어 프레임(3) 상에 장착되는 한편, 스태빌라이저 가이드(가이드 부재)(23)가 에어 스프링(6)의 외측에서 중간 지지부(10) 상에 피벗에 의해 설치된다.
도 2에 개략적으로 도시된 예시적인 실시예는, 특히 수동(受動)으로 작용하는 크로스 스프링 및 수동으로 작용하는 트랜스버스 댐퍼 대신에, 능동 트랜스버스 서스펜션이 중간 크로스바(10)의 위에 및 그에 따라 에어 스프링(6)(제2의 서스펜션)의 위에 배치된다는 점에서 도 1에 따른 예시적인 실시예와 다르다. 능동 트랜스버스 서스펜션은 여기서, 중간 크로스바(10)의 개구(18)를 관통하는 홀더(17)의 상단(上端) 및 중간 크로스바(10) 상에 부착되는 2개의 능동 크로스 스프링(24, 25)으로 형성된다. 2개의 능동 크로스 스프링(24, 25) 대신에 홀더(17) 상에 단 하나의 능동 크로스 스프링을 제공하는 것도 또한 가능하다. 홀더(17)는 다시 객차 보디(5)의 길이방향 중심 평면에 배치되며, 그 타단부가 러닝 기어 프레임(3) 상에 부착되어 있다. 이 경우에, 객차 보디(5)에는 경동 장치가 또한 제공된다. 객차 보디 크로스바(12)는 객차 보디(5)에 부착되고, 이 크로스바는 그 하부면 상에 아크(arc) 형상의 곡선 롤러 트랙(13)을 가지며, 이 롤러 트랙에 의해 객차 보디(5)는 중간 크로스바(10) 상에 장착된 롤러(11) 상에 놓이게 됨을 알 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 러닝 기어의 제3의 예시적인 실시예를 나타낸다. 도 1 및 도 2의 예시적인 실시예와 대비하여, 이 경우에는 객차 보디(5)가 경동 장치를 갖고 있지 않다. 에어 스프링(6)의 사이에서 대략 중앙에 또는 대략적으로 객차 보디(5)의 길이방향의 중심 평면에 배치된 홀더(17)는 다시 러닝 기어 프레임(3) 상에 장착된다. 홀더의 상단에는 크로스 스프링(27)이 지지되며, 크로스 스프링의 타단은 객차 보디 크로스바(28) 상에 지지된다. 크로스 스프링(27)은 바람직하게는 준능동 또는 능동의 공기식, 유압식, 유압-공기식, 전기기계식 또는 전기-유압식 서스펜션 및 댐핑 요소로서 구현된다. 러닝 기어 프레임 및 객차 보디 크로스바(28) 상에 피벗에 의해 설치된 수직 댐퍼(21)는 에어 스프링(6)에 평행하게 배치된다. 객차 보디 크로스바(28)는 다시 특수 연결 요소(14)를 통하여 객차 보디(5)에 연결된다.
그래서 본 발명은, 러닝 기어와 객차 보디 사이의 인터페이스를 근본적으로 변경할 필요 없이 또는 객차 보디의 구조를 간섭할 필요 없이, 원하는 바에 따라 능동 크로스 스프링, 준능동 트랜스버스 댐퍼 및 경동 기술의 옵션이 구비된 모듈식 러닝 기어를 제공한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 적어도 하나의 휠셋, 제1의 서스펜션에 의해 상기 휠셋 상에 지지된 러닝 기어 프레임, 러닝 기어 상의 객차 보디를 지지하기 위한 제2의 서스펜션 및 트랜스버스 서스펜션을 포함하는 철도 차량용 러닝 기어 등에 이용할 수 있다.

Claims (24)

  1. 적어도 하나의 휠셋, 제1의 서스펜션(4)에 의해 상기 휠셋 상에 지지되는 러닝 기어 프레임(3), 상기 러닝 기어 프레임 상에 객차 보디(5)를 지지하기 위한 제2의 서스펜션 및 트랜스버스 서스펜션을 포함하는 철도 차량용 러닝 기어로서,
    상기 트랜스버스 서스펜션(19, 20, 24, 25, 27) 및/또는 트랜스버스 댐핑(16)은 상기 제2의 서스펜션(6)의 위 및 상기 객차 보디(5)의 바닥부의 아래에 배치되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 러닝 기어.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2의 서스펜션(6)은 적어도 2개의 서스펜션 유닛에 의해 형성되며,
    상기 트랜스버스 서스펜션은 상기 서스펜션 유닛들의 사이에서 대략 중앙에 배치되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 러닝 기어.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 트랜스버스 서스펜션(19, 24, 25, 27)은 적어도 하나의 홀더(17)에 의해 상기 러닝 기어 프레임(3) 상에 지지되고,
    상기 홀더(17)는 상기 러닝 기어 프레임(3)으로부터 상기 제2의 서스펜션(6)보다 위의 레벨까지 연장되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 러닝 기어.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 홀더(17)는 상기 제2의 서스펜션(6)의 2개의 서스펜션 유닛들의 사이에서 대략 중앙에 배치되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 러닝 기어.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 러닝 기어 프레임(3)은 2개의 횡방향 지지부를 가지며, 상기 트랜스버스 서스펜션을 지지하는 상기 홀더(17)는 상기 2개의 횡방향 지지부에 연결되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 러닝 기어.
  6. 제2항 또는 제4항에 있어서,
    상기 서스펜션 유닛은 에어 스프링(6)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 러닝 기어.
  7. 제2항, 제4항 또는 제6항에 있어서,
    상기 서스펜션 유닛들 각각은 에어 스프링 벨로우즈(bellows)(7), 보조 체적(8), 및 수직 방향으로 작용하는 보조 스프링(9)을 구비하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 러닝 기어.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 트랜스버스 서스펜션은 적어도 하나의 크로스 스프링(19, 20) 및 적어도 하나의 트랜스버스 댐퍼(16)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 러닝 기어.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 트랜스버스 댐퍼(16)는 준능동(semi-active) 트랜스버스 댐퍼인 것을 특징으로 하는 철도 차량용 러닝 기어.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 트랜스버스 서스펜션은 적어도 하나의 능동 또는 준능동 트랜스버스 서스펜션 장치(24, 25, 27)에 의해 형성되는 것을 특징으로 철도 차량용 러닝 기어.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 철도 차량의 이동 방향에서 봤을 때, 각각 적어도 하나의 크로스 스프링(20)이 상기 제2의 서스펜션(6)의 전방 및 후방에 배치되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 러닝 기어.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 크로스 스프링(20)은 각각 상기 러닝 기어 프레임(3)의 오목한 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 러닝 기어.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 롤 스태빌라이저(roll stabilizer)(22)가 상기 러닝 기어 프레임(3)에 부착되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 러닝 기어.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 철도 차량의 길이방향 축에 대한 상기 객차 보디(5)의 제어된 경동(傾動)을 위한 경동 장치(tilting device)를 또한 특징으로 하는 철도 차량용 러닝 기어.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 경동 장치는 곡선의 또는 편평한 롤러 트랙(13)에 맞닿는 적어도 2개의 롤러(11)를 포함하고, 상기 편평한 롤러 트랙은 교점(交點)을 향하여 경사져 있으며, 상기 러닝 기어 프레임(3)과 관련하여 상기 객차 보디(5)의 경사를 조절하기 위한 제어 부재(15)가 상기 롤러들(11)의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 러닝 기어.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 제2의 서스펜션(6)의 위에는, 상기 경동 장치의 롤러(11) 및 상기 제어 부재(15)를 지지하는 중간 지지부(10)가 위치되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 러닝 기어.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 중간 지지부(10)는, 상기 트랜스버스 서스펜션 및/또는 트랜스버스 댐핑을 지지하는 상기 홀더(17)가 관통하여 돌출하는 리세스(18)를 갖는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 러닝 기어.
  18. 제13항과 제16항 또는 제13항과 제17항에 있어서,
    롤 스태빌라이저(22)가 가이드 부재(23)에 의해 상기 중간 지지부(10)에 연결되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 러닝 기어.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 트랜스버스 서스펜션은, 러닝 기어 프레임(3)과 객차 보디(5) 또는 중간 지지부(10)의 사이에서 측방향의 변위를 제한하는 적어도 하나의 점진적으로 작용하는 크로스 스프링(19)을 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 러닝 기어.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 수직 댐퍼(21)가 상기 제2의 서스펜션에 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 러닝 기어.
  21. 제20항 및 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수직 댐퍼(21)는 상기 러닝 기어 프레임(3) 및 상기 중간 지지부(10)에 부착되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 러닝 기어.
  22. 제15항 또는 제16항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 각각 제15항과 관련하여,
    상기 롤러 트랙(13)은 상기 객차 보디 크로스바(12) 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 러닝 기어.
  23. 제15항 또는 제21항에 있어서,
    상기 제어 부재(15)의 일단은 상기 객차 보디 크로스바(12) 상에 지지되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 러닝 기어.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서,
    상기 객차 보디 크로스바(12)는 연결 요소(14)에 의해 상기 객차 보디(5)에 연결되는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 러닝 기어.
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