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J
DIM360 (Ver 1.5 21 Nov 2005) - 1100000/0
0834434
EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG
A1
19980408
EP
97250197.7
19970626
de
de
de
19640332
19960919
DE
19980408
199815
19980408
199815
6
6B 61F 5/52 A
6B 61F 5/38 B
6B 61F 3/00 B
6B 61F 5/10 B
de
Fahrwerksrahmen für Fahrwerke mit integrierter Luftfeder
en
Bogie frame for bogies with integrated pneumatic spring
fr
Châssis pour bogie avec coussin d'air intégré
1
Institut für Schienenfahrzeuge GmbH
01706612
IFS08/96EP
Schienenfahrzeuge GmbH, Institut für
Kablower Weg 89
12526 Berlin
DE
Quarz, Volker, Dipl.-Ing.
Zwickauer Strasse 112
01187 Dresden
DE
Ziemann, Detlef, Dipl.-Ing.
Schönefelder Chaussee 243
12524 Berlin
DE
Worbs, Steffen, Dipl.-Ing.
Hoffmannstrasse 1b
12489 Berlin
DE
Marek, Hanko, Dr.-Ing.
Rüdickenstrasse 18
13053 Berlin
DE
Friedrich, Mario, Dipl.-Ing.
Frankfurter Allee 190
10365 Berlin
DE
Müller, Bernd, Dipl.-Ing.
Strehlaer Weg 19
02627 Auritz
DE
Koban, Volker, Dipl.-Ing.
Baruther Strasse 46
02627 Baruth / Kachel
DE
Köhler, Reimund
00067111
Patentanwalt, Uhlandallee 74
15732 Eichwalde
DE
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Fahrwerksrahmen für Fahrwerke mit integrierter Luftfeder, vorzugsweise für zweiachsige Schienenfahrzeuge mit freien und gesteuerten Lenkachsen, mit einer Baugruppe zur Aufnahme und Übertragung der vertikalen Federkräfte bzw. Versatzmomente, wobei die Baugruppe basierend auf einer geringen Eigenmasse und einem geringen Massenträgheitsmoment und durch ihre besondere Ausbildung die Anordnung einer Luftfeder im Fahrwerk zuläßt und geignet ist, das Fahrverhalten positiv zu beeinflussen, und bei Stützweitendifferenz zwischen Primär- und Sekundärfeder die Radsatzführung so gestaltet ist, daß der Lenkmechanismus in der Horizontalen auch unter Wirkung des Versatzmomentes erhalten bleibt. Der Rahmen (15) besteht erfindungsgemäß aus torsionssteifen Längsträgern (2) und biegemoment- aufnehmenden Querträgern (1), wobei die Längsträger (2) und die Querträger (1) über Gelenke (6) mit Gelenkfreiheitsgraden (ϕz) nur um die Senkrechte miteinander verbunden sind.
Die Erfindung betrifft einen Fahrwerksrahmen für Fahrwerke mit integrierter Luftfeder, vorzugsweise für zweiachsige Schienenfahrzeuge mit freien und gesteuerten Lenkachsen.
Derartige Fahrzeuge verfügen über Fahrwerke, die einen Radsatz oder ein Radpaar enthalten, welche wiederum über verschiedene Federstufen vertikal mit dem Untergestell des Fahrzeuges verbunden sind. Die Fahrwerke können mit freien Lenkachsen ausgerüstet sein, die sich selbsttätig im Bogen radial einstellen oder über gesteuerte Lenkachsen oder Radpaare, die durch äußere Einwirkung radial eingestellt werden. Zur Erfüllung dieser Funktion und zur Übertragung von Brems- und Antriebskräften ist eine horizontale Abstützung der Radsätze bzw. Radpaare am Untergestell erforderlich. Von der konstruktiven Auslegung dieser Parameter hängt im wesentlichen der Fahrkomfort ab. Diese bekannten Federstufen sind jeweils vertikal und horizontal quer angeordnet und mit geringer Steifigkeit ausgelegt, um möglichst geringe Eigenfrequenzen in einem Bereich von etwa 0,8 bis 1,2 Hz zu erzielen. Die geringe Steifigkeit wirkt sich nachteilig auf den zur Verfügung stehenden Bauraum in der unmittelbaren Fahrzeugumgebung aus. Bekannterweise werden weiche Federungen mit einer Niveauregulierung kombiniert, die beim Beladen des Fahrzeuges den Wagenkasten zur Vermeidung statischer Federwegverluste anheben.
In der Praxis haben sich Federsysteme bewährt, die das Medium Luft als Federlement benutzen, welches eine hohe Elastizität und die Möglichkeit der Niveauanpassung durch Druckregulierung beinhaltet.
Die Bauelemente der Luftfederung, vordergründig die Luftfedern, welche die vertikale Abstützung realisieren sollen, beanspruchen erheblichen konstuktiven Bauraum, so daß diese oftmals entfernt von der vertikalen Achse der Kraftübertragung angeordnet werden müssen. Dieser Versatz führt zu einem Versatzmoment zwischen unterem und oberem Kraftabstützpunkt welcher kompensiert werden muß. Bisherige Ausführungen luftgefederter Fahrwerke kompensieren das Versatzmoment mittels eines starren Zwischenrahmens, welcher oberhalb der Primärfederstufe und unterhalb der sekundären Luftfederstufe angeordnet wird und die rechte und linke Fahrwerkseite miteinander verbindet. Dieser Zwischenrahmen dient gleichzeitig als Träger für weitere Baugruppen wie Bremse und Antrieb. Der Zwischenrahmen muß aufgrund o.g. Belange ausreichend dimensioniert werden und verfügt über eine entsprechend hohe Masse und ein großes Massenträgheitsmoment. In der DE 43 37 385 A1 ist ein Fahrwerk beschrieben, dessen Lenkmechanismus über einen Drehzapfen realisiert wird, welcher außerhalb des vertikalen Drehpols um die Hochachse des Radsatzes liegt, jedoch ein Ausdrehen um diesen Punkt gestattet. Die vertikale Abstützung erfolgt zwischen übereinanderliegendem unterem und oberem Kraftabstützpunkt. Ein Versatzmoment kann mit diesem Prinzip nicht kompensiert werden.
In der DE 43 09 324 C1 und DE 43 44 469 C1 sind für Schienenfahrzeuge Einachsfahrwerke beschrieben, die über einen Zwischenrahmen zur Verwendung von Luftfedern verfügen. Bei der DE 43 44 469 C1 ist das Lenkprinzip so gewählt , daß der tatsächliche Drehpunkt um die Hochachse zum Ausdrehen des Radsatzes mit dem Drehzapfen als Anlenkpunkt identisch ist. Diese Anordnung beeinflußt das Wendeverhalten des Radsatzes positiv, um dem relativ hohen Massenträgheitsmoment des Zwischenrahmens entgegenzuwirken. Nachteilig bei dieser Ausführung ist der zusätzliche Zwischenrahmen. In der P 195 32 832.9-21 wird abweichend von DE 43 37 385 Al ein Fahrwerk beschrieben, welches einen analogen Lenkmechanismus bei Zugrundelegung einer Gelenkfunktion mittels Federblattlenkern beschreibt. Bekannte Ausführungen gelenkiger, in sich beweglicher Drehgestellrahmen führen nicht zur Lösung des Problems der Abstützung des Versatzmomentes der Luftfedern. Die DE 33 42 968 A1 beschreibt ein Doppelfahrwerk für Schienenfahrzeuge mit Einzelrädern, dessen Rahmen aus gelenkig zueinander angeordneten Längs- und Querträgern besteht, um den Ausschlag der Einzelräder zu vergrößern.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fahrwerk der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine Baugruppe zur Aufnahme und Übertragung der vertikalen Federkräfte bzw. Versatzmomente vorsieht, die basierend auf einer geringen Eigenmasse und einem geringen Massenträgheitsmoment und durch ihre besondere Ausbildung die Anordnung einer Luftfeder im Fahrwerk zuläßt und geeignet ist das Fahrverhalten positiv zu beeinflussen, wobei bei Stützweitendifferenz zwischen Primär- und Sekundärfeder die Radsatzführung so gestaltet ist, daß der Lenkmechanismus in der Horizontalen des besonders auszubildenden Fahrwerkrahmens auch unter Wirkung des Versatzmomentes erhalten bleibt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, das heißt, daß die Baugruppe zur Aufrechterhaltung der Lenkerfunktion bekannter oben genannter Ausführungen so aufgebaut ist, daß die Einzelelemente des Rahmens die Möglichkeit haben, sich parallelogrammartig in der horizontalen Ebene zu bewegen. Im Gegensatz zu verwindungsweichen Drehgestellrahmen ist der Fahrwerksrahmen derart konzipiert, daß er verwindungshart durch Gelenke mit Freiheitsgraden um die Vertikalachse, eine parallelogrammartige Verdrehung zuläßt.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen in:
Fig.1:
die Draufsicht auf den Fahrwerksrahmen,
Fig.2:
die Draufsicht auf diesen ausgelenkten Fahrwerksrahmen,
Fig.3:
die Vorderansicht des Fahrwerkes,
Fig.4:
die räumliche Darstellung des Scharniergelenkes zwischen Quer- und Längsträger,
Fig.5:
die räumliche Darstellung des aus einem Federblatt gebildeten Gelenkes zwischen Quer- und Längsträger,
Fig.6:
die Draufsicht auf den Fahrwerksrahmen mit seperaten Längsträgern und biegefesten Querträgern,
Fig.7:
die Draufsicht auf diesen ausgelenkten Fahrwerksrahmen,
Fig.8:
die Draufsicht auf den Fahrwerksrahmen mit geschlossenem, gelenkfreiem Rahmenmodul,
Fig.9:
die Draufsicht auf diesen ausgelenkten Fahrwerksrahmen,
Fig.10:
eine schematische Darstellung der Längsmitnahme für Antriebs- und Bremskräfte,
Fig.11:
die Darstellung der Vertikalabstützung am Querträger des Fahrwerkrahmens,
Fig.12:
die schematische Darstellung des Fahrwerkrahmens mit sphärischen Gelenken und mit Koppelstangen als Querträger.
Die Baugruppe Fahrwerksrahmen wird als ein Element zwischen einer Primärfeder 3 und einer Sekundärfeder 4 eingesetzt, wobei ein Rahmen 15 in geschlossener Form sich auf den Primärfedern 3 eines Radsatzes abstützt. Die Verbindung zwischen Primärfedern 3 und Längsträgern 2 des Rahmens 15 erfolgt über ein sphärisches Gelenk, welches eine Relativbewegung zwischen diesen Elementen zuläßt.
Die Längsträger 2 sind mittels Querträger 1 miteinander verbunden und bilden den Rahmen 15. Die Verbindungsstellen zwischen Längsträgern 2 und Querträgern 1 stellen Gelenke 6 dar, von denen mindestens ein Gelenk an dem Längsträger 2 nur über einen Freiheitsgrad um die Senkrechte verfügt, um das Moment, welches durch einen Versatz X der Vertikalkräfte F erzeugt wird, zu den Querträgern 1 einleiten zu können.
In Fig. 1 und 2 ist die Draufsicht auf einen derartigen Rahmen 15 dargestellt. Es ist erkennbar, wie sich der Rahmen 15 bei Kurvenfahrt parallelogrammartig verändert. Der Versatz X der Vertikalkräfte F ist in Fig. 3 dargestellt. Die Verbindung zwischen Längsträgern 2 und Querträgern 1 sollte mindestens an einem Gelenk 6 so gestaltet sein, daß eine Verdrehung des Längsträgers 2 zum Querträger 1 nur um die Senkrechte ermöglicht wird. In den verbleibenden Achsen sind Kräfte bzw. Momente zu übertragen.
Fig. 4 zeigt ein derartiges Gelenk 6 in Bolzenscharnierausführung mit einem Scharnierbolzen 8. Fig. 5 zeigt ein derartiges Gelenk 6 in Federblatt aus führung, wobei ein Federblatt 9 in Längsrichtung zum Querträger 1 angebracht ist.
Die Einleitung des Momentes, welches sich aus dem Versatz X und der Vertikalkraft F ergibt, ist auch in der Form möglich wie in Fig. 6 dargestellt. Hier finden seperate Längsträger 12 für Primärfeder 3 Verwendung. In Fig. 7 ist die Ausdrehung eines derartigen Rahmens 15 bei Kurvenfahrt ersichtlich. Die in den o.g. Ausführungen erwähnte Einleitung von Momenten in dem Querträger 1 über Gelenke 6 ist konstruktiv relativ aufwendig. Auch stellen derartige Gelenke 6 bei Berücksichtigung der zu erwartenden Lebensdauer ein konstruktives Problem dar. In Fig. 8 ist ein Aufbau dargestellt, bei welchem ein Rahmenmodul 10 Verwendung findet, welches eine starre Verbindung zwischen Primärfedern 3 und Sekundärfedern 4 ermöglicht. Dieser Fahrwerksrahmen, der eine parallelogrammartige Verschiebung zuläßt, wird aus verkürzten Längsträgern 2 und einem Querträger 1 gebildet.
Die Verdrehung des Fahrwerksrahmens mit Rahmenmodul 10 ist in Fig. 9 dargestellt. In horizontaler Richtung auftretende Käfte aus Antrieb und Bremsung werden von den Querträgern 1 auf die Längsträger 2 übertragen und über eine Längsmitnahme 11, wie in Fig. 10 dargestellt, auf ein Untergestell 7 eines Wagenkastens weitergeleitet. Das Wanken des Wagenkastens auf der Sekundärfeder 4 wird durch Verwendung von vertikalen Abstützungen 13 vermindernd beeinflußt. In Fig. 11 ist eine derartige Wankabstützung dargestellt.
Fig. 12 stellt eine Ausführung dar, bei welcher die Momentabstützung in der Art erfolgt, daß der Querträger 1 in der Art verändert wird, daß das Moment in ein Kräftepaar aufgetrennt wird, welches über Koppelstangen 14 aufgenommen wird. In Fig. 12 sind anstelle der Gelenke 6 nur Gelenkfreiheitsgrade ϕ_x, ϕ_y, ϕ_z, dargestellt. Die Ausbildung des Querträgers 1 mittels Koppelstangen 14 erfordert sphärische Gelenke an deren Enden.

Liste der verwendeten Bezugszeichen
1
Querträger
2
Längsträger
3
Primärfeder
4
Sekundärfeder (Luftfeder)
5
Radsatz
6
Gelenk (mit Freiheitsgrad um die Senkrechte)
7
Untergestell
8
Scharnierbolzen
9
Federblatt
10
Rahmenmodul (geschlossen, gelenkfrei)
11
Längsmitnahme (für Antriebs- und Bremskräfte)
12
seperater Längsträger
13
Abstützung
14
Koppelstange
15
Rahmen
x
Versatz (aus Abstand von Krafteinleitung zwischen-Primär- und Sekundärfeder)
F
Vertikalkräfte
ϕ_x
Gelenkfreiheitsgrad
ϕ_y
Gelenkfreiheitsgrad
ϕ_z
Gelenkfreiheitsgrad
1. Fahrwerksrahmen für Fahrwerke mit integierter Luftfeder, der mit einer Primär- und einer Sekundärfederung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rahmen (15) aus torsionssteifen Längsträgern (2) und biegemomentaufnehmenden Querträgern (1) besteht, wobei die Längsträger (2) und die Querträger (1) über Gelenke (6) mit Gelenkfreiheitsgraden (ϕ_z) nur um die Senkrechte miteinander verbunden sind.
2. Fahrwerksrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenke (6) in der Art von Scharniergelenken mit Scharnierbolzen (8) ausgebildet sind.
3. Fahrwerksrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenke (6) in der Art senkrechtstehender Federblattlenker (9), am Ende des Querträgers (1) ausgebildet und fest mit dem Längsträger (2) verbunden sind.
4. Fahrwerksrahmen nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hälfte des Fahrwerksrahmens als geschlossenes, nicht gelenkiges Rahmenmodul (10) ausgebildet ist.
5. Fahrwerksrahmen nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein seperater Längsträger (12) seitlich über einen inneren Fahrwerksrahmen hinaus angeordnet ist.
6. Fahrwerksrahmen nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (15) über eine Längsmitnahme (11) am Untergestell (7) des Wagenkastens verbunden ist.
7. Fahrwerksrahmen nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an einem der Querträger (1) in den Endbereichen vertikale Abstützungen (13) zum Wagenkasten angebracht sind.