Primärfederung mit Wiegenträger an einem Fahrwerk, insbesondere einem Drehgestell für ein Schienenfahrzeug

Abstract

 Es wird ein Fahrwerk, insbesondere ein Drehgestell mit Radsatzlenker (7) und mindestens einem Federsatz (23) vorgeschlagen, bei denen der mindestens eine Federsatz (23) auf einer Wiege (17) angeordnet ist. Dadurch wird die Belastung des Federsatzes (23) verbessert.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung betrifft ein Fahrwerk, insbesondere ein Drehgestell für ein Schienenfahrzeug mit einem Rahmen und mindestens einem Radsatz, wobei der mindestens eine Radsatz über Radsatzlenker an dem Rahmen angelenkt ist, und wobei sich die Radsatzlenker über mindestens eine Feder, zum Beispiel eine Schraubenfeder, am und Rahmen abstützen (sog. Primärfederung).

[0002] Drehgestelle dieser Bauart haben sich in der Praxis bewährt. Nachteilig an diesen Drehgestellen ist, dass die zur Aufnahme einer bestimmten Last erforderlichen Schraubenfedern relativ groß bauen und/oder der Federungskomfort aufgrund der Federverhärtung mit zunehmender Einfederung nicht immer zufriedenstellend ist. Ein probates Mittel, um den Bauraumbedarf der mindestens einen Schraubenfeder zu minimieren ist es, koaxial zu einer äußeren Schraubenfeder eine innere Schraubenfeder anzuordnen. Diese Kombination von zwei koaxial zueinander angeordneten Schraubenfedern wird nachfolgend als Schraubenfedersatz bezeichnet.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Fahrwerk, insbesondere ein Drehgestell für ein Schienenfahrzeug mit einer hinsichtlich Federungskomfort, Bauraumbedarf und Belastbarkeit weiter verbesserten Primärfederung bereitzustellen.

[0004] Diese Erfindung wird bei einem Drehgestell für ein Schienenfahrzeug mit einem Rahmen und mindestens einem Radsatz, wobei der mindestens eine Radsatz über Radsatzlenker an dem Rahmen angelenkt ist, und wobei sich die Radsatzlenker über mindestens eine Feder am Rahmen abstützen, dadurch gelöst, dass an dem Radsatzlenker ein drehbar gelagerter Wiegenträger vorgesehen ist und dass auf diesem Wiegenträger mindestens je eine Feder angeordnet ist.

[0005] Alternativ kann auch zu beiden Seiten einer Drehachse des Wiegenträgers mindestens je eine Feder angeordnet sein.

[0006] Der erfindungsgemäße Wiegenträger sorgt dafür, dass die Federn im wesentlichen nur mit den zwischen Rahmen und Radsatzlenker zur Federung des Schienenfahrzeugs erforderlichen Kräften beaufschlagt werden.

[0007] Besonders vorteilhaft ist es, die Federn als Schraubenfedern auszubilden. Dadurch, dass sich bei dem erfindungsgemäßen Drehgestell die Federn, insbesondere die Schraubenfedern, nicht direkt an dem Radsatzlenker abstützen, sondern sich einenends auf dem Wiegenträger abstützen, der drehbar mit dem Radsatzlenker verbunden ist, werden die Schraubenfedern nur mit Kräften beaufschlagt, die im Wesentlichen parallel zu ihrer Längsachse verlaufen. Diese Krafteinleitung ist für die Schraubenfedern sehr günstig und führt zu einem gegenüber gattungsgemäßen Primärfederungen besseren Ansprech- und Komfortverhalten. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Primärfederungen verhärten die Federn, da sie beim Einfedern zusätzlich noch gekrümmt werden. Außerdem ist es aufgrund der erfindungsgemäß verbesserten Krafteinleitung in die Schraubenfeder möglich, den Werkstoff besser auszulasten, so dass die Sicherheit gegen Bruch und Ermüdung erhöht wird. Infolgedessen kann bei gleicher Baugröße der Schraubenfedern der Federungskomfort des Drehgestells erhöht werden und die Tragkraft der Schraubenfedern beziehungsweise des Drehgestells erhöht werden.

[0008] Falls gewünscht, ist es mit erfindungsgemäßen Konstruktion auch möglich, bei gleichem Federungskomfort und/oder gleicher Belastbarkeit, den Bauraumbedarf der Schraubenfedern Rahmens deutlich zu verringern. Dies ist besonders vorteilhaft, da die Schraubenfedern üblicherweise in den Rahmen des Drehgestells eintauchen, so dass eine Verringerung des Durchmessers der Schraubenfedern gleichzeitig auch eine Verringerung der Breite des Rahmens des Drehgestells mit sich bringt. Da der Rahmen des Drehgestells über die gesamte Länge des Drehgestells in aller Regel die gleiche Breite aufweist, ist schon durch eine vergleichsweise kleine Verringerung der Breite des Rahmens ein signifikanter Gewinn an Bauraum innerhalb des Drehgestells möglich.

[0009] Dies kann beispielsweise dazu führen, dass außerhalb des Rahmens Getriebe an den Radsätzen angebaut werden können. Alternativ ist es auch möglich den Wagenkasten entsprechend breiter zu gestalten.

[0010] Es hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, wenn die Drehachse des Wiegenträgers vertikal oberhalb einer Drehachse des Radsatzes angeordnet ist. Dadurch werden die Kräfte innerhalb des Radsatzlenkers beziehungsweise der Kraftfluss innerhalb des Radsatzlenkers optimiert, was eine sehr günstige, weil gewichts- und platzsparende Bauweise ermöglicht.

[0011] Wenn, wie in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung, der Wiegenträger in Gummilagern (Silentblocks) drehbar gelagert ist, wird gleichzeitig aufgrund der Dämpfungseigenschaften der Silentblocks die Bewegung des Radsatzlenkers und in Folge dessen auch die Primärfederung gedämpft. Außerdem wird wegen der Entkopplung von Radsatz und Schraubenfedern die Übertragung von Körperschall von den Radsätzen auf das Drehgestell minimiert, was zu einer Verringerung der Schallemissionen des erfindungsgemäßen Drehgestells führt.

[0012] Um die Belastbarkeit der erfindungsgemäßen Primärfederung bei vorgegebenem Bauraumvolumen weiter zu optimieren, ist vorgesehen, dass koaxial zu einer äußeren Schraubenfeder eine innere Schraubenfeder angeordnet ist. Dies bedeutet, dass zu beiden Seiten der Drehachse des Wiegenträgers je ein Schraubenfedersatz angeordnet ist.

[0013] Ein weiterer wirtschaftlich sehr wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Drehgestells ist, dass zu beiden Seiten des Wiegenträgers baugleiche Schraubenfedern beziehungsweise Schraubenfedersätze eingesetzt werden können. Dadurch sinkt der Entwicklungsaufwand. Auch können Herstellung, Montage, aber auch Wartung und Reparatur, entsprechend vereinfacht werden. Gleichzeitig wirkt sich jede Optimierung einer Schraubenfeder beziehungsweise eines Schraubenfedersatzes gleich doppelt aus, da er bei jedem Wiegenträger zweimal zum Einsatz kommt.

[0014] Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Drehgestells ist darin zu sehen, dass zwischen den Schraubenfedern eine Abhebesicherung und/oder ein Anschlagpuffer untergebracht werden kann. Beide Bauteile sind unbedingt erforderlich und können aufgrund der zentralen Anordnung über der Drehachse des Radsatzes große Kräfte aufnehmen, ohne dass der Rahmen des Drehgestells oder die Radsatzlenker deswegen zusätzlich verstärkt werden müsste.

[0015] Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen beschriebenen Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Zeichnung

[0016] Es zeigen:

Figur 1

eine stark schematisierte Seitenansicht eines Drehgestells mit Radsatzlenkern und Schraubenfedern nach dem Stand der Technik,

Figuren 2 und 3

isometrische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Primärfederung,

Figur 4

verschiedene Ansichten des Ausführungsbeispiels gemäß Figuren 2 und 3,

Figur 5

ein Schnitt entlang der Linie B-B und

Figur 6

entlang der Linie A-A.

Beschreibung der Ausführungsformen

[0017] Figur 1 zeigt eine Seitenansicht auf ein Drehgestell 1 nach dem Stand der Technik mit einem Rahmen 3, dessen Radsätze 5 über Radsatzlenker 7 drehbar mit dem Rahmen 3 verbunden sind. Die Drehpunkte der Radsatzlenker 7 im Rahmen 3 sind mit dem Bezugszeichen 9 gekennzeichnet.

[0018] Zwischen dem Rahmen 3 und den Radsätzen 5 sind Schraubenfedern 11 vorgesehen, über die sich der Radsatz 5 am Rahmen 3 abstützt. Die Bewegung des Radsatzes 5 beim Einfedern und Ausfedern entspricht somit einem Kreisbogen, dessen Mittelpunkt mit dem Drehpunkt 9 der Radsatzlenker 7 zusammenfällt. Dieser kreisbogenförmige Federweg ist in Figur 1 durch Doppelpfeile 13 angedeutet. Nachteilig an dieser Bauart ist unter anderem, dass durch das Ein- und Ausfedern der Radsatzlenker 7 die Auflageflächen der Schraubenfedern 11 am Rahmen 3 und auf dem Radsatzlenker 7 nicht immer parallel sind. Infolgedessen wird die Längsachse der Schraubenfedern 11 gekrümmt, was sich in einer ungünstigen, weil ungleichen Belastung der Schraubenfedern 11 über ihren Umfang niederschlägt. Zur Verdeutlichung des zuvor Gesagten sind die Winkel unter denen die Schraubenfedern 11 auf dem Radsatzlenker 7 durch die Radiusstrahlen vom Drehpunkt 9 an die Spitzen der Doppelpfeile 13 eingezeichnet. Diese ungünstige Belastung aufgrund der Krümmung der Längsachse der Schraubenfedern 11 in Folge des Ein- und Ausfederns führt dazu, dass der Werkstoff der Schraubenfedern 11 nicht gleichmäßig und damit nicht optimal ausgenutzt werden kann. Daher müssen die Schraubenfedern 11 größer dimensioniert werden. Infolgedessen nimmt nicht nur der Bauraumbedarf der Schraubenfedern, sondern der Profile aus denen der Rahmen 3 gefertigt ist zu, was eine erhebliche Beanspruchung von zusätzlichem vermeidbarem Bauraum darstellt.

[0019] In Figur 2 ist eine isometrische Darstellung auf eine erfindungsgemäße Primärfederung dargestellt. Gleiche Bauteile werden mit den gleichen Bezugszeichen versehen und es gilt das bezüglich Figur 1 Gesagte entsprechend.

[0020] Bei dem erfindungsgemäßen Drehgestell ist oberhalb einer Drehachse 15 des Radsatzes 5 ein Wiegenträger 17 drehbar an dem Radsatzlenker 7 befestigt. Eine Drehachse 19 des Wiegenträgers 17 ist vertikal oberhalb der Drehachse 15 des Radsatzes 5 angeordnet. Die Drehachsen 19 und 15 verlaufen parallel zueinander.

[0021] Eine Lagerung des Wiegenträgers 17 ist mit dem Bezugszeichen 21 versehen. Zu beiden Seiten der Drehachse 19 ist jeweils ein Schraubenfedersatz 23 angeordnet. In dem oberhalb des Wiegenträgers 17 befindlichen Bereich hat der Rahmen 3 einen U-förmigen Querschnitt. Die Schraubenfedersätze 23 sind größtenteils innerhalb des U-förmigen Profils angeordnet und stützen sich oben gegen den Rahmen 3 ab. Eine Breite B des Rahmens 3 muss demzufolge größer als der Durchmesser der Schraubenfedersätze 23 sein. Daher besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der Breite B des Rahmens 3 und dem Durchmesser der Schraubenfedersätze 23.

[0022] Wichtig im Zusammenhang mit der Erfindung ist, dass aufgrund der drehbaren Lagerung des Wiegenträgers 17 an dem Radsatzlenker 7 die Auflageflächen der Schraubenfedernsätze 23 einerseits auf den Wiegenträger und andererseits am Rahmen 3 stets parallel zueinander bleiben, so dass die Längsachsen der Schraubenfedersätze 23 unabhängig vom Einfedern des Radsatzes stets gerade bleiben und dadurch eine ideale Krafteinleitung in die Schraubenfedersätze 23 gewährleistet ist. Dies führt dazu, dass die Schraubenfedern bei gleicher Belastung und gleichem Federweg kleiner dimensioniert werden können, was zu einer Verringerung der Breite B des Rahmens 3 führt.

[0023] Da sich der Rahmen 3 über die gesamte Länge des Drehgestells 1 erstreckt, führt eine Verringerung der Breite B des Rahmens, die durch kleinere Durchmesser der Schraubenfedersätze ermöglicht wird, zu einer erheblichen Vergrößerung des für andere Baugruppen zur Verfügung stehenden Bauraum.

[0024] Zwischen den Schraubenfedersätzen 23 ist eine Abhebesicherung 25 vorhanden, die im Zusammenhang mit den nachfolgenden Figuren noch näher erläutert werden wird.

[0025] In Figur 3 ist eine isometrische Darstellung von der Innenseite des Drehgestells, ohne den Rahmen 3 dargestellt.

[0026] In Figur 4 ist die in Figur 3 dargestellte Baugruppe, umfassend im Wesentlichen den Radsatzlenker 7, die Wiege 17 und die Schraubenfedersätze 23 in einer Seitenansicht (Figur 4a), in einer Seitenansicht (Figur 4b) und einer Ansicht von oben (Figur 4c) dargestellt. Der Radsatz 5 ist nicht dargestellt.

[0027] Bezugnehmend auf Figur 4a wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Primärfederung nochmals erläutert. Wenn der Radsatzlenker 7 ausgehend von der in Figur 4a dargestellten Position um den Drehpunkt 9 eine Drehbewegung ausführt, die durch Unebenheiten der Schiene oder andere äußere Störgrößen verursacht ist, macht die Achse 15 des Radsatzes 5 eine kreisbogenförmige Bewegung (nicht dargestellt).

[0028] Da jedoch zwischen den Schraubenfedersätzen 23 zu beiden Seiten der Drehachse 19 des Wiegenträgers 17 stets ein Kräftegleichgewicht herrscht, bleibt der Wiegenträger 17 parallel zu der Auflagefläche der Schraubenfedersätze 23 am Rahmen 3 und beschreibt in erster Näherung eine geradlinige Bewegung (siehe Doppelpfeile 28). Die Auflagefläche ist in Figur 4a durch die Linie 27 angedeutet.

[0029] Dies bedeutet, dass die Schraubenfedersätze 23 unabhängig von der Einfederung des Radsatzes beziehungsweise des Radsatzlenkers 7 stets gerade sind und dadurch gleichmäßig belastet werden. Infolgedessen kann die Werkstoffausnutzung der Schraubenfedersätze 23 erhöht und eventuelle Sicherheitszuschläge verringert werden. Infolgedessen kann der Durchmesser der Schraubenfedersätze 23 reduziert werden und/oder die Bauhöhe der Schraubenfedersätze 23 verringert werden. Beides führt dazu, dass mehr Bauraum im Bereich des Drehgestells zur Verfügung steht.

[0030] Wenn die Höhe der Schraubenfedersätze reduziert wird, kann sogar der gesamte Wagenkasten des Schienenfahrzeugs abgesenkt werden, was ebenfalls von großem Vorteil ist.

[0031] Alternativ ist es auch möglich, die Belastbarkeit und/oder den Federungskomfort der Primärfederung zu erhöhen, wenn die Schraubenfedersätze in ihren Außenabmessungen im Wesentlichen unverändert gegenüber konventionellen Primärfederungen bleiben.

[0032] Figur 5 zeigt einen Schnitt entlang der Linie B-B durch die erfindungsgemäße Primärfederung. Anhand dieses Schnittes können die konstruktiven Details etwas näher erläutert werden. Aus der Figur 5 wird deutlich, dass die Schraubenfedersätze 23 aus einer äußeren Schraubenfeder 29 und einer koaxial dazu angeordneten inneren Schraubenfeder 31 bestehen. Unterhalb der Schraubenfedern 29 und 31 sind Gummielemente 33 vorgesehen, welche einerseits eine dämpfende Wirkung haben und andererseits als zusätzliches Federelement dienen. Zwischen den Schraubenfedersätzen 23 und vertikal oberhalb der Drehachse 19 der Wiege 17 sind ein Anschlagpuffer 35 und eine Abhebesicherung 37 angeordnet.

[0033] In Figur 6 ist ein Schnitt entlang der Linie A-A dargestellt. Aus diesem Schnitt wird der Aufbau der Abhebesicherung 37 nochmals deutlicher. Die Abhebesicherung 37 umfasst eine Schraube 39. Die Schraube 39 ist mit der Wiege 17 verschraubt. Der Kopf der Schraube 39 wird von einem Gegenstück, welches am Rahmen 3 befestigt ist umgeben. Dabei ist eine Öffnung im Gegenstück 41 so bemessen, dass der Schaft der Schraube 39 mit Spiel durch die Öffnung hindurchpasst, nicht jedoch der Kopf der Schraube 39 jedoch nicht. Dadurch wird verhindert, dass der Radsatzlenker 7 zu weit ausfedert.

[0034] Wie aus Figur 6 ersichtlich, ist die Wiege 17 über einen Bolzen 43 an dem Radsatzlenker 7 befestigt. Zwischen dem Bolzen 43 und der Wiege 17 sind Gummilager 45 angeordnet.

[0035] Diese Gummilager 45 sorgen zunächst für eine gewisse Dämpfung der Relativbewegung von Wiege 17 und Radsatzlenker 7 und reduzieren auch die Geräuschentwicklung des Drehgestells beim Überfahren von Unebenheiten. Außerdem können die Gummilager 45 auch als Silentblocs ausgebildet sein, die nur einen bestimmten Drehwinkel von beispielsweise ±6° entsprechend einem Gesamtdrehwinkel von 12° zulassen. Auch dadurch wird eine Dämpfung erreicht.

Ansprüche

1. Fahrwerk, insbesondere Drehgestell für ein Schienenfahrzeug mit einem Rahmen (3) und mindestens einem Radsatz (5), wobei der mindestens eine Radsatz (5) über Radsatzlenker (7) an dem Rahmen (3) angelenkt ist, und wobei zwischen Radsatzlenker (7) und Rahmen (3) mindestens eine Feder angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Radsatzlenker (7) ein Wiegenträger (17) drehbar gelagert ist und dass auf dem Wiegenträger (17) mindestens eine Feder (23, 29, 31) angeordnet ist.

2. Fahrwerk, insbesondere Drehgestell für ein Schienenfahrzeug mit einem Rahmen (3) und mindestens einem Radsatz (5), wobei der mindestens eine Radsatz (5) über Radsatzlenker (7) an dem Rahmen (3) angelenkt ist, und wobei zwischen Radsatzlenker (7) und Rahmen (3) mindestens eine Feder angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Radsatzlenker (7) ein Wiegenträger (17) drehbar gelagert ist, dass zu beiden Seiten einer Drehachse (19) des Wiegenträgers (17) mindestens je eine Feder (23, 29, 31) angeordnet ist.

3. Fahrwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Feder als Schraubenfeder (23, 29, 31) ausgebildet ist.

4. Fahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (19) des Wiegenträgers (17) vertikal oberhalb einer Drehachse (15) des Radsatzes (5) angeordnet ist.

5. Fahrwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wiegenträger (17) in Gummilagern (45) gelagert ist.

6. Fahrwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial zu einer äußeren Schraubenfeder (29) eine innere Schraubenfeder (31) angeordnet ist.

7. Fahrwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu beiden Seiten der Drehachse (19) des Wiegenträgers (17) baugleiche Schraubenfedern (23, 29, 31) eingesetzt werden.

8. Fahrwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den zu beiden Seiten der Drehachse (19) des Wiegenträgers (17) angeordneten Schraubenfedern (23, 29, 31) eine Abhebesicherung (37) angeordnet ist.

9. Fahrwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den zu beiden Seiten der Drehachse (19) des Wiegenträgers (17) angeordneten Schraubenfedern (23, 29, 31) ein Anschlagpuffer (35) angeordnet ist.

Zeichnung