[0001] Die Erfindung betrifft ein Güterwagendrehgestell für hohe Geschwindigkeiten.
[0002] Gegenüber Standard-Güterwagendrehgestellen sind besondere Einrichtungen und Maßnahmen
zur Erzielung der erforderlichen Laufruhe und der notwendigen Abbremsung bei hohen
Fahrgeschwindigkeiten vorgesehen. Andererseits bestehen bei der Vielzahl von Güterwagen
strengere wirtschaftliche Maßstäbe, die nur den unbedingt nötigen Aufwand rechtfertigen.
Die hieraus resultierenden technischen Forderungen lassen sich wie folgt zusammenfassen:Hinsichtlich
der Laufruhe müssen Güterwagen für einen Geschwindigkeitsbereich über 140 km/h eine
lateral entkoppelte Drehgestellanlenkung aufweisen, um nicht den Güterwagen zu zwingen,
den lateralen Bewegungen des Drehgestells beim Sinuslauf zu folgen. Ebenso ist zur
Stabilisierung desselben eine ausreichende Drehhemmung zwischen Wagen und Drehgestell
vorzusehen. Bei vielen Güterwagen besteht auch die Forderung nach verbesserter Wankstabilität.
Nicht zuletzt ist eine bessere vertikale Stoß- und Schwingungsisolation durch größere
vertikale Federwege vonnöten, da mit höheren Fahrgeschwindigkeiten die Störkräfte
ansteigen. Ab 160 km/h machen sich longitudinale Erregerkräfte störend bemerkbar,
die aus der Unwucht und Unrundheit der Radsätze herrühren und den Wagen zu vertikalen
Biegeschwingungen anregen. Für die Abbremsung müssen Scheibenbremsen in Mehrfachanordnung
mit Maßnahmen zur besseren Wärmeabführung eingesetzt werden, da Klotzbremsen den bei
hohen Geschwindigkeiten auftretenden Anforderungen nicht genügen.
[0003] Zur Lösung des Problems sind eine Vielzahl von Vorschlägen bekannt, die sich gegenseitig
häufig widersprechen oder ausschließen bzw. zu aufwendig sind und meistens aus dem
Bereich der Reisezugwagen-Drehgestelle kommen.
[0004] Es ist Stand der Technik, für die lateral entkoppelte Drehgestellanlenkung eine Wiege
mit Pendeln oder Schaken und Querdämpfern vorzusehen. Die Nutzung der Flexicoil-Wirkung
von Schraubenfedern scheidet aus, da die vorhandenen großen Belastungsunterschiede
bei Güterwagen den Schraubenfedern aufgrund entstehender Querfederungseigenschaften
nicht entsprechen. Es ist weiter bekannt, zur vollständigen Ausnutzung der vertikal
zulässigen statischen Absenkung des Wagens zwischen leer und beladen nachstellbare
Pendel vorzusehen. Die für Güterwagen günstigere belastungsproportionale Reibdämpfung
durch seitliche Auflagerung auf die Wiege zur Stabilisierung des Sinuslaufes muß im
Hochgeschwindigkeitsbereich sorgfältig erfolgen. So erfordern die bei der Drehhemmung
des Sinuslaufes auftretenden kleinen Reibwege bzw. -amplituden eine longitudinal nahezu
starre Anlenkung der Wiege an das Drehgestell. Die bei Hochgeschwindigkeitsreisezugwagen
bekannten Anlenkungsausführungen sind elastisch. Durch den Einbau der in Fahrzeuglängsrichtung
progressiv elastischen Gummielemente zur schwingungsmäßigen Isolierung der Radsatzerregerkräfte
wird die Effektivität der Drehhemmung im Hochgeschwindigkeitsbereich unzulässig abgemindert.
Ein weiterer Bereich, in dem naheliegende Lehren vermittelt werden, ist die Achsfederung
und -führung. Die Schrift DE-OS 2309702 beinhaltet eine allseitig elastische Anlenkung
des Achslagergehäuses, bei der in longitudinale Richtung die größte Elastizität vorhanden
ist, um eine freie Einstellbarkeit des Radsatzes im Gleisbogen zu ermöglichen. Eine
zusätzliche Feder preßt ein längssteif angelenktes Gleitstück gegen eine oben liegende
Reibfläche des Achslagergehäuses und erzeugt dadurch eine longitudinale Reibdämpfung.
Weiterhin wird in der DE-OS 3918300 eine Federblatt-Achsanlenkung beschrieben, bei
der an der Verbindungsstelle des Lenkers am Achslagergehäuse ein Gummizwischenlager
angeordnet ist. Ein Dämpfer,der parallel zum Federblatt liegt und zwischen Achslager
und Drehgestelleinspannstelle angeordnet ist, dämpft die Längselastizität. Alle diese
Schriften vermitteln jedoch nicht die vollständige Lösung für Hochgeschwindigkeits-Güterwagendrehgestelle.
[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Drehgestell zu schaffen, welches die eingangs aufgezählten
Forderungen nach ausreichender Drehhemmung und genügender Wankstabilität bei guter
Stoß- und Schwingungsisolation erfüllt, wobei ein Widerspruch zwischen der für die
Drehhemmung erforderlichen nahezu längsstarren Anlenkung der Wiege an den Drehgestellrahmen
und andererseits nach einer ausreichenden Längselastizität zur Schwingungsisolation
der Radsatzerregerkräfte, die aus der Unwucht und Unrundheit herrühren, besteht. Das
erfordert eine nahezu längsstarre Ankoppelung der Wiege an den Drehgestellrahmen zur
effektiven Drehhemmung der kleinen Sinuslauf-Amplituden und andererseits eine ausreichende
Längselastizität im Drehgestell zur schwingungsmäßigen Isolation der Radsatzerregerkräfte,
die aus der Unwucht und Unrundheit herrührt. Hierbei sind den großen Unterschieden
der Massen bzw. Massenträgheiten, die zwischen einem leeren und einem beladenen Güterwagen
bestehen, Rechnung zu tragen.
[0006] Hierzu dient erfindungsgemäß ein spezielles Achsführungs-, Federungs- und Dämpfungselement,
das etwa 1/10 der zulässigen statischen Einfederung zwischen dem leeren und beladenen
Güterwagen bewirkt. Außerdem besitzt dieses Element eine ausreichende Längselastizität
und eine mehrfach größere Querelastizität für einen guten horizontalen Fahrzeuglauf.
Zur Stabilisierung sind für die in allen drei Richtungen wirkenden Elastizitäten proportional
abgestimmte Dämpfer integriert. Die weiterhin davon bedingten und abgeleiteten Merkmale
beziehen sich auf einen verwindbaren H-förmigen Drehgestellrahmen mit einer Z-förmigen
fast längsstarren Anlenkung der Wiege und seitlichen Auflagerung des Güterwagens.
Je nach bestehenden Forderungen hinsichtlich der Wankstabilität kann der Sekundärfederabstand
gleich groß wie der Primärfederabstand sein. Eine größere Wankstabilität läßt sich
durch Vergrößerung des Sekundärfederabstandes erzielen. Eine weitere Steigerung ergeben
gegenüber der Senkrechten nach außen geneigte Pendel. Grundsätzlich werden zur Ausschöpfung
der zulässigen statischen Einfederung die Pendel nachstellbar gestaltet. Weiterhin
sind die Primär- und Sekundärfederkennlinien progressiv nach einer e-Funktion gestaltet,
um gleichbleibende Einfederungsfrequenzen in allen Beladungszuständen zu erhalten.
Besonderes Augenmerk erfordert die Mehrfach-Achswellen-Scheibenbremse. Die geringen
Primärfederamplituden stellen keine besonderen Anforderungen an die Aufhängung der
Bremsbeläge und ihrer Gestänge. Auch während des Bremsens ist nahezu die volle Stoß-
und Schwingungsisolation erhalten. Speziell für die Scheibenbremse ist der Drehgestellrahmen
so gestaltet, daß ausreichend freie Querschnitte vorhanden sind. damit die für die
Kühlung notwendige Luft auch zur Bremseinrichtung des nachlaufenden Radsatzes gelangen
kann.
[0007] Die Einzelheiten der Erfindung sind an drei Ausführungsvarianten erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1:
- Die halbe Seitenansicht und den halben Mittenlängsschnitt eines Hochgeschwindigkeits-Güterwagendrehgestell
speziell für Geschwindigkeiten ab 160 km/h nach der Linie I-I der Fig. 2,
- Fig. 2:
- Die Draufsicht auf das Drehgestell nach Fig. 1,
- Fig. 3:
- Die halbe Seitenansicht und den halben Mittenlängsschnitt eines wanksteiferen Hochgeschwindigkeits-Güterwagendrehgestells
für Geschwindigkeiten über 200 km/h nach einer Linie III-III der Fig. 4,
- Fig. 4:
- Die Draufsicht auf das Drehgestell nach Fig. 3,
- Fig. 5:
- Die halbe Seitenansicht und den halben Mittenlängsschnitt eines weiteren wanksteiferen
Hochgeschwindigkeits-Güterwagendrehgestells für Geschwindigkeiten über 200 km/h nach
einer Linie V-V der Fig. 6,
- Fig. 6:
- Die Draufsicht auf das Drehgestell nach Fig. 5,
- Fig. 7:
- Einen Querschnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 6,
- Fig. 8:
- Die halbe Seitenansicht und den halben Längsschnitt des Führungs-, Federungs- und
Dämpfungselements in einem größeren Maßstab,
- Fig. 9:
- Eine weitere Variante analog Fig. 8,
- Fig.10:
- Eine halbe Draufsicht im Schnitt nach der Linie II-II Fig. 8.
[0008] Der H-förmige und verwindbare Drehgestellrahmen 1 ist durch zwei elastisch-kardanische
Lager 2 vertikal gelenkig verbunden, jedoch horizontal ecksteif gestaltet. Diese Lager
2 sind diagonal gegenüber im mittleren Teil der Langträger 3 angeordnet und stützen
eine Seite der Querträger 4 während die andere Seite mit dem anderen Langträger 3
fest verbunden ist. Die Querträger 4 tragen außerdem die Scheibenbremsgestänge 5.
An zwei diagonal gegenüberliegenden Enden der Langträger 3 sind nahezu längsstarr
und kardanisch die Wiegenlenker 6 Z-förmig angekoppelt. Diese verbinden die Wiege
7 mit dem Drehgestellrahmen 1. In der Mitte der Wiege 7 taucht ein Drehzapfen 8 ein,
welcher die längs- und quergerichteten Kräfte überträgt. Die senkrechte Belastung
wird über die seitlichen Gleitstücke 9 übertragen. Infolge der nahezu längsstarren
Ankopplung der Wiege 7 an den Drehgestellrahmen 1 können die Gleitstücke 9 die erforderliche
Drehhemmung bewirken. Die Gleitamplituden erreichen meist nur einen Betrag bis zu
2 mm. Die Wiege 7 stützt sich auf die Schraubenfedern 10, die im Inneren eine Gummizusatzfeder
11 besitzen und im Arbeitsbereich der beiden Schraubenfedern 10 und Gummizusatzfeder
11 eine progressive Kennlinie nach einer e-Funktion erzeugen. Der Anteil der Wiegenfedern
beträgt ca. 90 % des zulässigen statischen Federweges zwischen leerem und beladenem
Fahrzeug. Die Schraubenfedern 10 und Gummizusatzfedern 11 stehen auf dem Wiegentrog
12. Dieser hängt an vertikalen Pendeln 13, die zum Ausgleich des Höhenverlustes infolge
Laufflächenberichtigung nachstellbar sind. Die Pendel 13 werden durch eine Bolzenlagerung
14 mit dem Wiegentrog 12 verbunden, um Instabilität infolge Abkippens des Wiegentroges
12 zu vermeiden. Oben erfolgt die Lagerung der Pendel 13 im Langträger 3 durch ein
sphärisches Lager 15. Im mittleren Bereich ist der Langträger 3 verbreitert. Dort
befindet sich eine Öffnung,durch welche die Schraubenfedern 10 hindurchragen. An allen
vier Enden des Drehgestellrahmens 1 sind kombinierte Führungs-, Federungs- und Dämpfungselemente
16 angeordnet, welche die Radsätze 17 anlenken. Auf die Führungs-, Federungs- und
Dämpfungselemente 16 wird später näher eingegangen. Die volle Ausschöpfung des zulässigen
Federweges ergibt eine größere Wankstabilität gegenüber konventionellen Güterwagendrehgestellen.
Bei diesen wird bei eintretendem Höhenverlust infolge Laufflächenberichtigung auf
eine Nachstellung verzichtet. Aus diesem Grunde steht für die Federung nur ein Teil
der zulässigen statischen Absenkung zwischen leerem und beladenem Fahrzeug zur Verfügung.
D.h.,die Federung ist härter und das Fahrzeug ist wanksteifer. Um die Wanksteifheit
mit einfachen Mitteln auch bei dem vollen zulässigen Federweg zu erzielen, wird eine
weitere Ausführungsvariante in den Figuren 3 bis 4 vorgestellt. Das wanksteifere Drehgestell
wird durch die Vergrößerung des Querabstandes der Schraubenfedern 10 erzielt. Das
ist sehr effektiv, da der Abstand zum Quadrat in die Wanksteifigkeit eingeht. Ansonsten
entspricht das Drehgestell weitgehend der Ausgangsvariante. Die beiden elastisch-kardanischen
Lager 2, welche die Drehgestellhälften verbinden, sind den veränderten Bedingungen
angepaßt und ermöglichen, daß der Querträger 4 über den Langträger 3 hinauskragt.
Um Raum für den Wiegenlenker 6 zu schaffen, erfolgt die Anordnung der Pendel 13 in
einem Winkel zum Langträger 3 und die Aufhängepunkte befinden sich in den Querträgern
4. Der Wiegentrog 12 ist ebenfalls im gleichen Winkel aufgehängt und die Pendel 13
besitzen oben und unten sphärische Lager 15. Damit es hierdurch nicht zu Instabilitäten
der Wiegentröge 12 kommt, sind diese durch zwei torsionsweiche Trogverbinder 18 zusammengekoppelt.
Die Anlenkung der Radsätze 17 erfolgt ebenfalls durch die kombinierten Führungs-,
Federungs- und Dämpfungselemente 16. Die größte Wanksteifheit ohne Verwendung von
zusätzlichen Stabilisatoren läßt sich bei erhöhtem Federquerabstand durch geneigte
Anordnung der Pendel 13 erzielen. Eine solche Ausführungsvariante, bei der die Pendel
13 im Langträger 3 angeordnet sind, zeigen die Figuren 5 bis 7. Bei der Durchfahrt
eines Gleisbogens mit Fliehkraftüberschuß pendelt die Wiege 7 nach bogenaußen. Infolge
der geneigten Pendel 13 um ca. 8° hebt sich dabei der bogenäußere Wiegentrog 12 während
sich gleichzeitig der bogeninnere Wiegentrog 12 absenkt. Dieser Effekt ist gleichbedeutend
mit einer zusätzlichen Gleisüberhöhung oder anders ausgedrückt, vermindert er den
Wankwinkel gegenüber einer senkrechten Pendelanordnung. Außer dieser Besonderheit
besitzt das Drehgestell analoge Bauelemente der ersten oder zweiten Ausführungsvariante.
Der Unterschied besteht hauptsächlich darin, daß der Wiegentrog 12 nicht unmittelbar
an den Pendeln 13 aufgehängt ist, sondern unter Zwischenschaltung der Trogverbinder
18. Da diese lasttragend sind, wurde auf eine torsionsweiche Bauart verzichtet und
sattdessen die beiden Trogverbinder 18 diagonal an einer Seite am Wiegentrog 12 fest
angeschlossen und der anderen Seite unter Zwischenschaltung eines elastisch-kardanischen
Lagers 2 angelenkt. Hierdurch ist auch bei Gleisverwindungen ein Ausgleich der Belastungen
im Drehgestell gegeben. Das in allen Ausführungsvarianten enthaltene Führungs-, Federungs-
und Dämpfungselement 16 zeigen die Figuren 8 bis 10. Der Radsatz 17 besitzt an beiden
Seiten geschlossene Kegelrollenlagereinheiten 34, diese werden von einem Achslagergehäuseoberteil
19 und einem Achslagergehäuseunterteil 20 umfaßt, wobei letzteres unten einen Durchbruch
21 besitzt, damit Heißlauf-Detektoren die Lagertemperaturen exakt feststellen können.Das
Achslagergehäuseoberteil 19 und Achslagergehäuseunterteil 20 wird durch den Gehäusedeckel
22 und den Gehäuseboden 23 zusammengehalten. Die senkrechte Belastung wird zum größten
Teil von der oberen Gummidruckfeder 24 übertragen. Damit die gewünschte progressive
Kennlinie entsteht, erhält die Gummidruckfeder 24 eine Stützglocke 25, die gleichzeitig
als senkrechter Notanschlag dient. Die gleichen Aufgaben kann auch ein Gürtelring
25' erfüllen. Zwischen Gummidruckfeder 24 und Gehäuseoberteil 19 befindet sich eine
waagerechte Reiblamelle 26. Diese hat eine ringförmige Auflage und Reibfläche und
füllt den Abstand zwischen Gehäusedeckel 22 und Gehäuseboden 23 aus. Die Reiblamelle
26 ist über den flachen Querschnitt elastisch verformar, aber gegenüber den auftretenden
Reibkräften knicksteif. An seinem Ende ist diese an einem Bolzen 27, der am Ende des
Langträgers 3 befestigt ist, drehbar und senkrecht verschiebbar gelagert. An beiden
Seiten des Achslagergehäuseoberteils 19 ist je eine Gummischubdruckfeder 28 unter
einem Außenwinkel von 75° befestigt. Zwischem dem Achslagergehäuseunterteil 20 und
den Gummi-Schub-Druckfedern 28 ist hier zusätzlich je ein Anpreßkeil 29 und je eine
senkrechte Reiblamelle 30 angebracht, deren ringförmige Auflage und Reibfläche wird
in einer senkrechten Nut des Anpreßkeiles 29 fest verbunden, dieser erhält die senkrechte
Führung oben an der Teilungsfuge durch das Achslagergehäuseoberteil 19 und unten durch
eine Nase des Achslagergehäuseunterteils 20. Die seitlichen Führungen bilden der Gehäusedeckel
22 und der Gehäuseboden 23. Die Schäfte der senkrechten Reiblamellen sind ebenfalls
elastisch und knicksteif und sind unten auf einem Bolzen 27 dreh- und verschiebbar
gelagert. Diese Bolzen 27 sind an einem Achshaltersteg 31 befestigt, der ebenfalls
wie das Gehäuseunterteil 20 einen Durchbruch hat. Die Gummi-Schub-Druckfedern 28 sind
außen lösbar in dem Langträger 3 gehalten. Dazu dienen oben ein prismatischer Anschlag
32 und seitlich je ein stufenförmiger Anschlag 33. Dieser bildet außerdem noch die
horizontalen Begrenzungen und Notführungen des Radsatzes 17 dadurch, daß der Gehäusedeckel
22 und der Gehäuseboden 23 an den stufenförmigen Anschlag 33 dann zur Anlage kommt.
Die senkrechte Federung entsteht durch die obere Gummidruckfeder 24 und die seitlichen
Gummi-Schub-Druckfedern 28. Für die Längsführung und -federung dienen zum überwiegenden
Teil die Druck-Komponenten der Gummi-Schub-Druckfeder 28 während die Querfederung-
und führung durch Schub-Komponenten der gleichen Gummi-Schub-Druckfedern 28 erfolgt.
Die belastungsabhängige Reibdämpfung der Längsbewegung entsteht zwischen waagerechter
Reiblamelle 26 und Gehäuseoberteil 19. Jeweils die Kraft nur einer Gummi-Schub-Druckfeder
28 sorgt unter Zwischenschottung des Anpreßkeils 29 für die senkrechte belastungsabhängige
Reibdämpfung, die zwischen Achslagergehäuseunterteil 20 und der senkrechten Reiblamelle
30 und zwischen dieser und dem Anpreßkeil entsteht. Durch die Drehbewegung der waagerechten
Reiblamelle 26 und der beiden senkrechten Reiblamellen 30 um den Bolzen 27 und durch
die seitliche Anlage der ringförmigen Reibflächen entsteht die belastungsabhängige
Querdämpfung. Durch die aufeinander abgestimmten Elastizitäten und Dämpfungen in allen
drei Richtungen ist es möglich, auch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten bei einer Schwingungsisolation
der Radsatzerregerkräfte am Achslagergehäuse einen stabilen Fahrzeuglauf zu erzielen.
1. Hochgeschwindigkeits-Güterwagendrehgestell mit Achslagergehäusen, verwindbarem H-förmigen
Rahmen, daran Z-förmig und nahezu längsstarr angelenkte Wiege mit seitlicher Auflagerung
und nachstellbaren Pendeln, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Drehgestellrahmen
(1) und Achslagergehäuseoberteil (19) sowie Achslagergehäuseunterteil (20) kombinierte
Führungs-, Federungs- und Dämpfungselemente (16) angeordnet sind, deren Vertikalfederung
progressiv ist und ungefähr 1/10 des Gesamtfederweges beträgt, die longitudinale Federkonstante
erheblich größer als die laterale Federkonstante ist und daß in allen drei Richtungen
wirkende Reiblamellen (26;30) angeordnet sind.
2. Hochgeschwindigkeits-Güterwagendrehgestell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen Achslagergehäuseoberteil (19) und der darüber vertikal mittig angeordneten
Gummidruckfeder (24) eine Reiblamelle (26) angeordnet ist, die eine ringförmige Reibfläche
besitzt und am Ende auf einen Bolzen (27) gelagert wird und daß weiterhin beiderseits
des Achslagergehäuseoberteils (19) und des Achslagergehäuseunterteils (20) sich mehrere
Gummi-Schub-Druckfedern (28) teilweise unter Zwischenschaltung eines Anpreßkeiles
(29) befinden, zwischen denen senkrechte Reiblamellen (30) mit ringförmiger Auflage
angeordnet sind, die am Ende auf einen Bolzen (27) gelagert sind, wobei nicht alle
Gummi-Schub-Druckfedern (28) mit den senkrechten Reiblamellen (30) wirksam verbunden
sind.
3. Hochgeschwindigkeits-Güterwagendrehgestell nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schraubenfeder (10) in ihrer Mitte eine progressiv wirkende Gummizusatzfeder
(11) aufweist, die nur im Arbeitsbereich zwischen leerem und beladenem Fahrzeug wirkt
und daß der Querabstand der Schraubenfedern (10) gleich oder größer als der Querabstand
des Führungs-, Federungs- und Dämpfungselements (16) der Radsätze (17) ist und daß
die nachstellbaren Pendel (13) senkrecht oder unten nach außen geneigt ausgeführt
sind.
4. Hochgeschwindigkeits-Güterwagendrehgestell nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die mittige Gummidruckfeder (24) eine Stützglocke (25) oder einen Gürtelring (25'
) aufweist, wobei ein Abstand zwischen Gummidruckfeder (24) und Stützglocke (25')
von ihrer gemeinsamen Verbindungsstelle zum Glockenrand bzw. Gürtelringrand hin größer
werdend vorgesehen ist, und die Stützglocke (25) oder der Gürtelring (25' ) gleichzeitig
als senkrechter Notanschlag dient und daß weiterhin durch Gehäusedeckel (22) und Gehäuseboden
(23) im Zusammenwirken mit den stufenförmigen Anschlägen (33) der Federweg in Längs-
und Querrichtung begrenzt wird und die waagerechte Notführung bildet.
