Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug

Abstract

 Vorgestellt wird ein Drehgestell mit einer wagenkasten­unabhängigen Radsatz-Selbststeuerung. Diese enthält, in Kombination mit einem Hohlprofil für die Räder des Radsatzes (2 bzw. 4) und einer in Drehgestell-­Längsrichtung elastischen Primärfederung (22) zwei unabhängig voneinander selbsteinstellende, jeweils an einer Fahrwerk-Längsseite angeordnete Hebelsysteme (26.1, 26.2), die die schienengleichen Achsenden der beiden Radsätze (2, 4) in Drehgestell-Längsrichtung nur gegensinnig beweglich zwangsläufig verkoppeln und jeweils mit einem am Drehgestellrahmen (18) schwenkbar gelagerten Umlenkglied (30) versehen sind, dessen Schwenkbewegungen durch einen jedem Hebelsystem zugeord­neten Einzeldämpfer (42) gedämpft werden, wodurch auf baulich einfache, robuste und wartungsarme Weise eine hinsichtlich einer radialen Selbsteinstellung in Gleis­bögen und gleichzeitig großen Laufstabilität bei hohen Fahrgeschwindigkeiten optimale Beschränkung der Rad­satz-Bewegungsfreiheit relativ zum Drehgestellrahmen in Rahmen-Längsrichtung erreicht wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug, und insbesondere ein Drehgestell, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Mit der Anhebung der Fahrgeschwindigkeiten werden an die Fahrwerke moderner Schienenfahrzeuge steigende Anforderungen hinsichtlich eines stabilen Fahrverhal­tens und einer guten Bogenläufigkeit mit geringem hori­zontalen Kraftniveau und niedrigem Verschleiß zwischen Rad und Schiene gestellt, denen konventionelle Drehge­stelle nicht genügen, bei denen die einzelnen Radsatz­achsen am Drehgestell mit hoher Längssteifigkeit abge­stützt sind und daher nicht die für eine radiale Ein­stellung der Radachse im Gleisbogen erforderlichen Wen­debewegungen, d. h. Schwenkbewegungen um die Hochachse, ausführen können.

[0003] Zur Verbesserung des Bogenfahrverhaltens von Drehgestel­len ist es bekannt, (CH-PS 183 368), die einzelnen Rad­satzachsen wendebeweglich am Drehgestellrahmen zu lagern und zwangsweise in Abhängigkeit von dem Ausdrehwinkel des Drehgestells unter dem Wagenkasten radial zum Gleis­bogen einzustellen, wobei zu diesem Zweck zwei bewegungs­schlüssig miteinander verkoppelte Lenkgestänge vorge­sehen sind, die jeweils einen wagenkasten-gesteuerten, seitlich am Drehgestellrahmen gelagerten Umlenkhebel enthalten, mit dem die schienengleichen Achsenden der beiden Radsatzachsen jeweils über eine an das freie Hebelarmende angeschlossene Steuerstange in Fahrwerk-­Längsrichtung gegensinnig verstellbar verbunden sind. Eine solche wagenkastenabhängige, kinematische Zwangs­steuerung, bei welcher die Radialeinstellung der Rad­satzachsen von der Relativdrehung zwischen Wagenkasten und Drehgestell abgeleitet wird, ist nicht Gegenstand der Erfindung.

[0004] Bei Fahrwerken der beanspruchten Art hingegen, wie sie in Form sogenannter Kreuzanker-Drehgestelle bekannt sind, wird das Selbstwende- und Führvermögen des profi­lierten, starren Radsatzes, das sich einerseits aus geometrisch durch das Rad/Schieneprofil bedingten, seit­lichen Rückführkräften und andererseits aus schlupf­bedingten Kraftschlußkräften in Längs- und Querrichtung ergibt, zur selbsttätigen Radialeinstellung der Rad­sätze in Gleisbögen in der Weise ausgenutzt, daß die Radsatzachsen am Drehgestellrahmen längselastisch ge­führt und hinsichtlich ihrer Wendebewegungen durch eine Wagenkastenunabhängige Koppelungseinrichtung selbst­einstellend miteinander verbunden werden (DE-AS 2356 267, DE-AS 2630353, DE-AS 2631 350, EP-A-0 161 729). Für eine derartige Kreuzanker-K oppelung der je­weils diagonal einander gegenüberliegenden Achsenden bzw. Radsatzlager wird jedoch der bei modernen Dreh­gestellen in der Regel nicht verfügbare Bauraum in der Drehgestellmitte benötigt, und ferner muß aus Stabili­tätsgründen für höhere Fahrgeschwindigkeiten die längs­ elastische Achsfederung so steif ausgelegt werden, daß die Selbsteinstellwirkung der Radsätze wesentlich be­einträchtigt wird, wenn nicht in baulich aufwendiger Weise zwischen dem Drehgestellrahmen und den Achslagern jeweils Längsdämpfer vorgesehen sind, die dann zu­sammen mit der Achsquerfederung über den Drehgestell­rahmen ein völlig unabhängiges Stabilitätssystem bilden. Hinzu kommt, daß die Längskräfte aus den Beschleuni­gungs- und Verzögerungsvorgängen des Schienenfahrzeugs über die Achslängsfedern aufgenommen werden und die radiale Selbsteinstellung der Radsätze bei Bogenfahrt negativ beeinflussen, was sich nur durch eine weitere Erhöhung des Bauaufwandes, nämlich den Einbau von zu­sätzlichen Gelenkhebeln, die die Radsatzachsen etwa in der Achsmitte längskraftübertragend, aber wendebeweg­lich mit dem Drehgestellrahmen verbinden, vermeiden läßt.

[0005] Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, das Fahrwerk der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit einer einfachen,wagenkastenunabhängig gesteuerten Radsatz-­Koppelung eine selbsttätige Radialeinstellung der Rad­satzachsen in Gleisbögen und gleichzeitig eine große Stabilität bei hohen Fahrgeschwindigkeiten erreicht und die aus Verzögerungs- oder Beschleunigungsvorgängen resultierenden Längskräfte rückwirkungsfrei von den Rad­sätzen auf das Fahrwerk übertragen werden.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im An­spruch 1 gekennzeichnete Fahrwerk gelöst.

[0007] Erfindungsgemäß wird durch die selbsteinstellende Hebelkinematik, die einschließlich der Längsdämpfung aus wenigen, einfachen Bauelementen besteht, welche sich unter Freihaltung der Fahrwerkmitte problemlos an den Längsseiten des Fahrwerks unterbringen lassen, eine unter dem Gesichtspunkt einer genauen Radialein­stellung in Gleisbögen und einer hochgradigen Stabi­litätswirkung auch bei sehr großen Fahrgeschwindigkei­ten optimale Auswahl und Beschränkung der Freiheits­grade der Radsätze in Fahrwerk-Längsrichtung garantiert. So werden gleichsinnige Längsverschiebungen der Radsatz­achsen durch die Hebelkinematik unterbunden und die aus Brems- oder Beschleunigungsvorgängen resultierenden Längskräfte ohne Belastung der längselastischen Primär­federung über das Umlenkgleid unmittelbar auf den Fahr­werkrahmen übertragen, ohne daß es hierzu eines zusätz­lichen, längssteifen Gelenkverbindung zwischen Radsatz­achsen und Fahrwerkrahmen bedarf, während andererseits die Radsätze hinsichtlich reiner Wendebewegungen nicht mit dem Wagenkasten, sondern nur un­tereinander und derart zwangsverkoppelt sind, daß die Radsatz-Einstellbewegungen kinematisch auf gegensinnige Längsverschiebungen schienengleicher Achsenden be­schränkt sind, zu deren Dämpfung je Fahrwerkseite le­diglich ein einziges, dem Hebelsystem zugeordnetes Dämpfungselement benötigt wird, wodurch auf konstruk­tiv einfach Weise auch im Hochgeschwindigkeitsbereich eine ausgezeichnete Laufstabilität trotz einer für die Selbsteinstellwirkung ausreichend längsweichen Achsfüh­rung am Fahrwerk erzielt wird.

[0008] Aufgrund ihrer einbaugünstigen, robusten und wartungs­armen Ausbildung ist die kinematische Radsatz-Selbst­steuerung nach der Erfindung sowohl für Reisezug- wie auch für Güterwagen und nicht nur für Lauf- sondern auch für Triebdrehgestelle in hervorragender Weise ge­eignet.

[0009] In weiterer, baulich besonders einfacher Ausgestaltung der Erfindung enthält das kinematische Hebelsystem auf jeder Fahrwerkseite lediglich einen Umlenkhebel und zwei, an diesen symmetrisch zum Hebeldrehpunkt ange­schlossene Steuerhebel, die mit den auf der gleichen Fahrwerkseite liegenden Achsenden bzw. Achslagern des Radsatzpaares gelenkig verbunden sind. Da die Primär­aufhängung der Radsatzachsen am Fahrwerkrahmen nicht nur längselastisch, sondern im allgemeinen auch vertikal federnd ausgebildet ist, besitzt die Hebel­kinematik vorzugsweise die im Anspruch 3 gekennzeich­nete Drehpunkt-Geometrie, um sicherzustellen, daß die Vertikalbewegungen einerseits und die Selbsteinstell­bewegungen der Radsätze andererseits weitgehend unbe­einflußt voneinander und rückwirkungsfrei erfolgen.

[0010] Zweckmäßigerweise sind die beiden Dämpfer gemäß Anspruch 4 jeweils zwischen dem Umlenkhebel und einem fahrwerk­festen Anlenkpunkt angeordnet, so daß sie keinen Teil der ungefederten Masse bilden, und währen Längsdämpfer üblicherweise nur relativ kleine Dämpungswege zur Verfügung haben, kann durch die nach Anspruch 5 bevorzugte Verlängerung des Umlenkhebelarmes die vom Dämpfer geforderte Charak­teristik auf sehr einfache Weise in einen er­wünschten Bereich gebracht und auf konstruktiv aufwen­dige Spezialdämpfer verzichtet werden. Damit bei gegen­sinnigen Selbstwendebewegungen der Radsätze die in den Anlenkpunkten der beiden Dämpfer eingeleiteten Dämpfer­kräfte nicht am Fahrwerkrahmen zu unerwünschten Stör­momenten um die Hochachse fürhen, arbeiten die Dämpfer gemäß Anspruch 6 vorzugsweise bewegungskonform zu den einander diagonal gegenüberliegenden Steuerhebeln der beiden Hebelsysteme, so daß trotz der geringen, für eine Redundanz jedoch ausreichenden Anzahl von insge­samt zwei Einzel-Längsdämpfern für das Radsatzpaar an den fahrwerkseitigen Dämpfer-Stützpunkten nur gleichge­richtete, zur Fahrwerkmitte symmetrische Dämpfungs­kräfte angreifen.

[0011] Ein wahlweise, im Hinblick auf große Stellwege und eine Minimierung der ungefederten Fahrgestell-Masse ebenfalls günstige Anordnung der Einzeldämpfer besteht gemäß An­spruch 7 darin, daß diese jeweils zwischen den beiden Steuerhebeln jedes Hebelsystems wirkend eingebaut sind, und damit die radiale Selbsteinstellung der Radsätze etwa bei Bogeneinfahrt durch die Dämpferkräfte nicht nennenswert behindert wird, gleichzeitig jedoch höher­frequente, dynamische Wendebewegungen der Radsätze wirksam gedämpft werden, sind als Dämpfer gemäß Anspruch 8 vorzugsweise hydraulische Dämpfungselemente mit stei­ler Charakteristik vorgesehen.

[0012] Wie bereits erwähnt, liegt ein wesentlicher Aspekt der Erfinding in der eine Selbsteinstellung der Radsätze zulassenden, den Freiheitsgrad der Achsen in Fahrwerk-­Längsrichtung jedoch zwangsweise auf gegensinnig gleich­große Bewegungen einschränkenden Verkoppelung schienen­gleicher Achsenden und daher muß ein Spiel im Hebel­system, und insbesondere an dessen Dreh- bzw. Gelenk­punkten, möglichst vermieden werden. Aus diesem Grund werden die Dreh- bzw. Gelenkpunkte der Hebelsysteme gemäß Anspruch 9 vorzugsweise als verschleißfeste Gummi­gelenke sehr hoher Steifigkeit ausgebildet.

[0013] Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungs­beispiele in Verbindung mit der Zeichnung näher erläu­tert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1 Die Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Drehgestells mit seitlichem Hebelsystem und zugeordneter Längsdämpfung;

Fig. 2 Eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung mit einer alternativen Dämpferanordnung;

Fig. 3 Eine perspektivische Darstellung des in Fig. 1 gezeigten Fahrwerks.

[0014] Das in den Fig. gezeigte Drehgestell enthält als Hauptbestandteile zwei starre Radsätze 2, 4, deren jeweils mit einem Hohl- oder Verschleißprofil ver­sehene Räder 6, 8 fest mit der Radsatzwelle 10, 12 bzw. -achse A-A, B-B verbunden sind, sowie einen aus Längs- und Querträgern 14, 16 bestehenden Drehge­stellrahmen 18, der den (nicht gezeigten) Wagen­kasten über an den Längsträgern 14 angeordnete Luft­federn 20 (Fig. 1 und 2) und z. B. eine in der Rahmenmitte liegende Drehzapfenlagerung (ebenfalls nicht gezeigt) trägt.

[0015] Die die Radsatzführung am Drehgestellrahmen 18 be­wirkende Primäraufhängung besteht aus in allen drei Koordinatenrichtungen, also in Längs-, Quer- und Vertikalrichtung elastischen Federelementen 22, über die sich der Drehgestellrahmen 18 auf den achsend­seitigen Radsatzlagergehäusen 24 abstützt. Für die radiale Selbsteinstellung der Radsätze 2, 4 ist die Längselastizität der Radsatzführung, also der Federelemente 22 entscheidend.

[0016] Um die Beweg/ungsfreiheit der beiden Radsätze 2, 4 in Längsrichtung bezüglich des Drehgestellrahmens 18 zu beschränken, ist eine selbsteinstellende Hebel­steuerung vorgesehen, welche aus zwei, kinematisch voneinander unabhängigen, jeweils an einer Drehge­stell-Längsseite angeordneten Hebelsystemen 26.1 und 26.2 besteht, die nur gegensinnige Längsbewegun­gen der jeweils schienengleichen Achsenden bzw. Achs­lagergehäuse 24 des Radsatzpaares 2, 4 gegeüber dem Drehgestellrahmen 18 zulassen.

[0017] Zu diesem Zweck enthält jedes Hebelsystem 26.1 und 26.2 einen um einen drehgestellfesten Drehpunkt 28 etwa in der Mitte des Längsträgers 14 schwenkbar gelagerten Umlenkhebel 30 und zwei sich in entgegen­gesetzte Richtungen erstreckende Steuerhebel 32, die einerseits über symmetrisch zum Drehpunkt 28 liegen­de Gelenkpunkte 34, 36 mit den beiden Hebelarmen des Umlenkhebels 30 und andererseits über Gelenkpunkte 38 und 40 mit den schienengleichen Lagergehäusen 24 des Radsatzpaares 2, 4 verbunden sind. Die für die Wirksamkeit der Radsatz-Selbststeuerung maßgebliche Längsspiel-Freiheit der Hebelsysteme 26 wird dadurch erreicht, daß die Gelenkpunkte 34 bis 40 als ver­schleißfeste Gummigelenke sehr hoher radialer Stei­figkeit und der Drehpunkt 28, je nach Anforderung an die Gesamtsteifigkeit der Radsatzverkoppelung, ebenfalls als derartiges Gummigelenk oder als spielfreies Gleitlager ausgeführt wird.

[0018] Damit die durch die Hebelsysteme 26 in ihrem Frei­heitsgrad beschränkten Längs- oder Horizontalbewegun­gen und die in den anderen Richtungen entsprechend der Federcharakteristik der Federelemente 22 zugelasse­nen Vertikal- und Querbewegungen der Radsatzachsen A, B sich gegenseitig möglichst nicht beeinflussen, verlaufen in der Mittellage der Radsätze 2, 4, also im Auslegungspunkt des Dreh-gestells, die geraden Verbindungslinien der Gelenkpunkte 34 und 38 bzw. 36 und 40 durch die Mittellinie des zugeordneten, aus Einbaugründen gegenüber den Gelenkpunkten 38 bzw. 40 versetzten Achsendes und schneiden somit die zuge­hörige Radsatzachse A bzw. B und gleichzeitig ste­hen diese steuerhebelseitigen Verbindungslinien im wesentlichen senkrecht zu der Verbindungsgeraden der Gelenkpunkte 28, 34, 36 des Umlenkhebels 30, was durch die in den Fig. gezeigte Schräganstellung des Umlenkhebels 30 im Drehgestell-Auslegungspunkt erreicht wird.

[0019] Jedem Hebelsystem 26.1 und 26.2 ist ein Dämpfer 42 für die Längsbewegungen der Radsatzenden zugeordnet, der als hydraulisches Dämpfungselement mit steiler geschwin­digkeitsabhängiger Dämpfungscharakteristik ausgebil­det und gemäß den Fig. 1 und 3 einerseits mit einem drehgestellfesten Anlenkpunkt 44 und andererseits mit dem über den Gelenkpunkt 36 hinaus verlängerten Hebelarmende des Umlenkhebels 30 gelenkig verbunden ist. Damit bei gegensinnigen Wendebewegungen der Rad­sätze 2, 4 der Drehgestellrahmen 18 nicht durch die in den Anlenkpunkten 44 der beiden Dämpfer 42 ein­geleiteten Dämpferkräfte zu unerwünschten Wendebewe­gungen angeregt wird, arbeiten die Längsdämpfer 42 bewegungskonform zu den einander diagonal gegenüber­liegenden Steuerhebeln 32 der beiden Hebelsysteme 26.1 und 26.2, was durch die aus Fig. 3 ersichtliche, zur Drehgestellmitte punktsymmetrische Anordnung der Längsdämpfer 42 erreicht wird.

[0020] Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem die den Fig. 1 und 3 entsprechenden Bau­teile mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind, werden die Längsdämpfer 42 mittels der Arme 46 und 48 direkt an die Steuerhebel 32 des jeweiligen Hebelsystems 26.1 bzw. 26.2 angeschlossen. Hierdurch werden mögliche Elastizitäten in den um­lenkhebelseitigen Dreh- und Gelenkpunkten 28, 34, 36 ausgeschaltet und eine sehr steife Ankoppelung der Dämpfer 42 an die Radsatz-Lagergehäuse 24 sicher­gestellt, wodurch die gegensinnigen Radsatzwende- und -längsbewegungen mit höchster Wirksamkeit ge­dämpft werden können. Im übrigen ist die Bau- und Funktionsweise des Drehgestells gemäß Fig. 2 die gleiche wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.

[0021] Gleichsinnige Längskräfte aus Verzögerungs- oder Be­schleunigungsvorgängen werden über die Steuerstangen 32 und den Hebeldrehpunkt 28 in den Drehgestellrah­men 18 eingeleitet und haben daher auf die Radial­einstellung der Radsätze 2, 4 im Gleisbogen keinen Einfluß. Die beschriebene Radsatz-Selbststeuerung ist daher auch für Triebgestelle geeignet.

[0022] Anstelle der starren Radsätze 2.4 können auch schlupf­geregelte, ein einstellbares Drehmoment übertragende Radsätze vorgesehen sein.

Ansprüche

1. Fahrwerk für ein Schienenfahrzeug, insbesondere Drehgestell,
mit mindestens zwei jeweils am Fahrwerk längsela­stisch angeordneten und mit einem drehmoment-über­tragend verbundenen Radsatz versehenen Radsatz­achsen,
sowie einer die Radsatzachsen selbsteinstellend mit­einander verkoppelnden, eine Längsverschiebung des Achsendes der einen Radsatzachse in eine gleichgroße Längsverschiebung des Achsendes der anderen Radsatz­achse umsetzenden Koppelungseinrichtung,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Koppelungseinrichtung zwei unabhängig voneinan­der selbsteinstellende, jeweils an einer Fahrwerk-­Längsseite angeordnete und die schienengleichen Achsenden der beiden Radsatzachsen (A, B) in Fahr­werk-Längsrichtung nur gegensinnig beweglich kine­matisch verkoppelnde Hebelsysteme (26.1 und 26.2) einschließlich jeweils eines an einem fahrwerkfesten Drehpunkt (28) schwenkbar gelagerten Umlenkgliedes (30),
sowie für jedes Hebelsystem je einen bewegungskon­form zu den Schwenkbewegungen des Umlenkgliedes wirkenden Längsdämpfer (42) enthält.

2. Fahrwerk nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
jedes Hebelsystem (26.1 und 26.2) als Umlenkglied einen Umlenkhebel (30) mit zwei bezüglich des fahr­werkfesten Drehpunktes (28) einander diametral gegenüberliegenden Hebelarmen aufweist, die jeweils über sich auf der Fahrwerk-Längsseite in entgegen­gesetzte Richtungen erstreckende Steuerhebel (32) gelenkig mit den schienengleichen Achsenden der beiden Radsatzachsen (A, B) verbunden sind.

Fahrwerk nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
in der Mittellage der Radsatzachsen (A, B) die gerade Verbindungslinie des umlenkhebelseitigen und des achsseitigen Gelenkpunktes (34, 38 bzw. 36, 40) jedes Steuerhebels (32) die Mittellinie des zuge­ordneten Achsendes schneidend und der Umlenkhebel (30) im wesentlichen senkrecht zu den Steuerhebel-­Verbindungslinien angestellt ist.

4. Fahrwerk nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Längsdämpfer (42) einerseits an einen fahrwerk­festen Anlenkpunkt (44) und andererseits an den Umlenkhebel (30) angeschlossen ist.

5. Fahrwerk nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
der eine Hebelarm des Umlenkhebels (30) über den steuerhebelseitigen Gelenkpunkt (36) hinaus verlän­gert und der Längsdämpfer (42) an das verlängerte Hebelarmende angeschlossen ist.

6. Fahrwerk nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Längsdämpfer (42) bewegungskonform zu den einan­der diagonal gegenüberliegenden Steuerhebeln (32) der beiden Hebelsysteme (26.1 und 26.2) betätigt sind.

7. Fahrwerk nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Längsdämpfer (42) jeweils zwischen den beiden Steuerhebeln (32) jedes Hebelsystems (26.1 und 26.2) wirkend angeordnet sind (Fig. 2).

8. Fahrwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Längsdämpfer (42) jeweils hyraulische Dämpfungs­elemente mit einer steil geschwindigkeitsabhängigen Dämpfungscharakteristik vorgesehen sind.

9. Fahrwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Dreh-bzw. Gelenkpunkte (28, 34 bis 40) ver­schleißfeste Gummigelenke sehr hoher Steifigkeit vorgesehen sind.

Zeichnung