DE19608179A1

DE19608179A1 - Support of rail vehicles using air suspension systems

Info

Publication number: DE19608179A1
Application number: DE19608179A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dipl Ing Kahl; Hans-Joachim Dipl Phys Zaehr; Karl-Heinz Menzel; Manfred Prof Dr Ing Wiesner
Original assignee: Deutsche Waggonbau AG
Current assignee: DWA Deutsche Waggonbau GmbH
Priority date: 1996-03-04
Filing date: 1996-03-04
Publication date: 1997-09-11
Also published as: ATE191188T1; EP0794099A1; DE59604839D1; EP0794099B1

Abstract

Between the air spring system (2) and the running mechanism (3) a roller device (6) is arranged with a rolling direction orientated crossways to the vehicle. The effective radius of the roller device is virtually the same as or greater than the height of the air spring system and its rolling area is definedly limited. The roller device is formed by a roller plate (8) on the lower support surface of the air spring system, with a central, rounded roller edge (7) and a flat counter bearing surface (9) on the running mechanism. The roller edge on both sides is limited by tangential flat surfaces (10), the opening angle of which defines and limits the rolling area of the device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abstützung von Schienenfahrzeugen mittels Luftfedersysteme, die jeweils aus einer Luftfeder sowie einer Zusatzfeder, vorzugsweise einer Gummizusatzfeder, beste hen, einzeln oder mehrfach zwischen dem Wagenkasten und den Laufwerken vorgesehen sind und die Querfederung und die Ausdre hung des Fahrzeuges übernehmen.The invention relates to a support for rail vehicles by means of air spring systems, each consisting of an air spring as well an additional spring, preferably a rubber additional spring, best hen, one or more times between the body and the Drives are provided and the transverse suspension and the Ausdre take over the vehicle.

Es ist ganz allgemein bekannt, Wagenkästen von Schienenfahrzeu gen über Luftfedersysteme auf den Laufwerken abzustützen. Diese Luftfedersysteme dienen hauptsächlich der vertikalen Fahrzeug federung, werden aber aus ökonomischen Erwägungen überwiegend zugleich für die Querfederung des Fahrzeuges und die Ausdrehbe wegung des Laufwerkes benutzt. Um die Fahrsicherheit/Entglei sungssicherheit des Fahrzeuges auch bei einem eventuellen Aus fall der Luftfeder zu gewährleisten, ist das Luftfedersystem im allgemeinen als eine Reihen- und/oder Parallelschaltung von Luft- und Gummizusatzfeder aufgebaut. Infolge der hohen und sehr komplexen Beanspruchung des Luftfedersystems ist es prak tisch unmöglich, eine sowohl für die vertikale Federung als auch für die horizontale Federung und Ausdrehcharakteristik je weils optimale Gestaltung und Auslegung zu gewährleisten. So kann zwar mit einer Halbbalgluftfeder und einer Gummischichten feder, als Zusatzfeder, eine ausreichende Querweichheit er reicht werden, jedoch ist dieses System beim Ausdrehen häufig nicht knicksteif und vertikal im Notfederbetrieb zu hart. Si cherlich ließen sich diese Mängel durch Vergrößerung des Sys tems beseitigen, jedoch steht in den Laufwerken der hierzu er forderliche Platz selten zur Verfügung. Zusatzfedern, welche knicksteif und vertikal ausreichend weich sind, wie beispiels weise Konusfedern, bieten in Querrichtung wiederum nur eine ge ringe Elastizität. Die Auslegung des Luftfedersystems hinsicht lich Platzbedarf, vertikaler und horizontaler Federkonstante, Drehsteifigkeit, Setzungsverhalten, Lebensdauer und anderes mehr stellt deshalb immer nur einen Kompromiß dar.It is generally known to have railroad car bodies against air suspension systems on the drives. This Air suspension systems are mainly used for vertical vehicles suspension, but are predominant for economic reasons at the same time for the transverse suspension of the vehicle and the turning out movement of the drive used. About driving safety / derailment security of the vehicle even in the event of a possible outage To ensure the fall of the air spring, the air spring system in the generally as a series and / or parallel connection of Air and rubber additional spring built. As a result of the high and very complex loading of the air spring system, it is practical table impossible, one for both vertical suspension as well also for the horizontal suspension and turning characteristics to ensure optimal design and layout. So can with a half-bellows air spring and a rubber layer spring, as an additional spring, sufficient cross-softness enough, but this system is common when turning not kink-resistant and too hard vertically in emergency spring mode. Si These shortcomings can be alleviated by enlarging the system Eliminate tems, but there is a drive in the drive required space rarely available. Additional springs, which are kink-resistant and vertically sufficiently soft, such as wise cone springs, in turn offer only one ge in the transverse direction rings elasticity. The design of the air spring system with regard space requirement, vertical and horizontal spring constant, Torsional rigidity, settlement behavior, service life and others more is therefore always a compromise.

So ist ein Abstützsystem für Schienenfahrzeuge (WO 95/18743) bekannt, bei dem zur Verbesserung der Quersteifigkeit und der kardanischen Beanspruchung bei Neigetechnik vorgeschlagen wird, am oberen Ende der Gasfeder (Luftfeder) eine Kalottenfeder zu sätzlich anzuordnen. Dieser Lösung haftet der Nachteil an, daß die Kalottenfeder nicht nur ihre Wirkung in der beabsichtigten Richtung entfaltet, sondern unerwünschte Auswirkungen bezie hungsweise Bedingungen beispielsweise auch in vertikaler Bela stungsrichtung oder bei der Drehung des Laufwerkes auftreten. In jedem Fall verringert die zusätzliche Kalottenfeder die Knick- und die Drehsteifigkeit des Federsystems insbesondere dann ganz erheblich, wenn gemäß Anspruch 2 unter der Gasfeder eine Schichtfeder angeordnet ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Wirkung der Kalottenfeder im gesamten Bewegungs bereich des Federsystems vorhanden ist, das heißt, die verrin gerte Quersteifigkeit muß gegen Ende des Querfederweges durch zusätzliche Bauteile wieder verhärtet werden, damit plötzliche, unangenehme Anschläge vermieden werden.So is a support system for rail vehicles (WO 95/18743) known to improve transverse rigidity and gimbal stress in tilting technology is proposed, At the upper end of the gas spring (air spring) a dome spring to be arranged additionally. This solution has the disadvantage that the dome spring not only has its intended effect Direction unfolded, but relate to undesirable effects conditions, for example, also in vertical loading direction or when the drive rotates. In any case, the additional dome spring reduces the Buckling and torsional rigidity of the spring system in particular then very significantly, if according to claim 2 under the gas spring a layer spring is arranged. Another disadvantage is in that the effect of the spherical spring in the entire movement area of the spring system is present, that is, the verrin transverse stiffness must be towards the end of the transverse spring travel additional components are hardened again so that sudden, unpleasant attacks can be avoided.

Weiterhin ist auch allgemein bekannt, daß die Querfederkonstan te eines Luftfederbalges keine feste Größe ist, sondern bei spielsweise neben dem Balginnendruck und der Bewegungsgeschwin digkeit auch vom Querfederweg abhängig ist. Nachteiligerweise ist die Querfederung bei den häufig vorkommenden kleinen Quer ausschlägen deutlich härter als bei den selteneren großen Quer federwegen, was zu einer negativen Wirkung auf Fahrzeuglauf und Fahrkomfort führt.Furthermore, it is also generally known that the transverse spring constant air bellows is not a fixed size, but at for example in addition to the inner bellows pressure and the speed of movement also depends on the transverse spring travel. Unfortunately is the transverse suspension for the frequently occurring small cross deflections significantly harder than with the rarer large cross spring travel, which has a negative effect on vehicle running and Driving comfort leads.

Der im Patentanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Abstützung von Schienenfahrzeugen mittels Luft federsysteme zu schaffen, welche eine geringe Querfedercharak teristik des Fahrzeuges bei kleinen Querfederwegen gewährlei stet und die keine nachteiligen Wirkungen auf die vertikale Fe derung und die Drehung des Laufwerkes hervorruft.The invention specified in the patent claim is the problem based on the support of rail vehicles using air to create spring systems which have a low transverse spring character Guarantee the vehicle's characteristics with small transverse suspension travel steady and which have no adverse effects on the vertical Fe change and rotation of the drive.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem zwischen dem Luftfedersystem und dem Laufwerk eine Rolleinrichtung mit quer zum Fahrzeug orientierter Rollrichtung angeordnet ist, de ren wirksamer Radius R annähernd gleich oder größer der Höhe des Luftfedersystems und deren Rollbereich definiert begrenzt ist. Des weiteren ist erfindungsgemäß, daß die Rolleinrichtung durch eine an der unteren Abstützfläche des Luftfedersystems oder daran befindlicher Elemente angeordneten Rollplatte mit mittiger, gerundeter Rollschneide und eine am Laufwerk ange brachten ebenen Gegenlagerfläche gebildet ist. Weiterhin ist erfindungsgemäß, daß die Rollschneide nach beiden Seiten von tangierenden ebenen Flächen begrenzt ist, deren Öffnungswinkel α den Rollbereich der Einrichtung definiert und begrenzt. Es ist weiterhin erfindungsgemäß, daß die Rolleinrichtung durch Anschläge und Leisten gegen ein Verdrehen, Verschieben und Ab heben gesichert ist.According to the invention the object is achieved by between the air spring system and the running gear with a roller device is arranged transversely to the vehicle oriented rolling direction, de effective radius R approximately equal to or greater than the height of the air suspension system and its roll range are limited is. It is further the invention that the rolling device by one on the lower support surface of the air spring system or elements arranged thereon with a roller plate central, rounded roller cutter and one attached to the drive brought flat counter bearing surface is formed. Still is According to the invention that the rotary cutter on both sides of tangent flat surfaces is limited, their opening angle α defines and limits the roll area of the facility. It is also according to the invention that the rolling device through Stops and strips against twisting, shifting and down lifting is secured.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung liegen insbesondere darin, daß weitgehend herkömmliche und damit bewährte sowie ko stengünstige Luftfedersysteme in Kombination mit der Rollein richtung eine definierte Gestaltung des Querfederverhaltens er möglichen. Durch Wahl des Radius R der Rolleinrichtung und des Rollbereiches kann einerseits die Größe der Querfedercharakte ristik und andererseits der Bereich der Beeinflussung den spe ziellen Anforderungen jedes Fahrzeuges einfach angepaßt werden. Die Lösung ist auch deshalb so vorteilhaft, weil ausschließlich in der gewünschten Richtung die positive Wirkung auftritt, ohne dabei die vertikale Feder- und horizontale Ausdrehcharakteri stik zu beeinflussen. Die geringe Bauhöhe der Einrichtung ge währleistet zudem den problemlosen Einsatz auch bei Laufwerken mit beschränkten Platzverhältnissen.The advantages of the solution according to the invention are in particular in the fact that largely conventional and thus proven and ko cost-effective air spring systems in combination with the Rollein direction a defined design of the transverse spring behavior possible. By choosing the radius R of the roller device and the Roll area can on the one hand the size of the transverse spring characters and on the other hand the area of influencing the spe The specific requirements of each vehicle can be easily adapted. The solution is also advantageous because it is exclusive in the desired direction the positive effect occurs without the vertical spring and horizontal unscrewing characteristics to influence stik. The low overall height of the facility also ensures problem-free use even with drives with limited space.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel nä her erläutert werden. Hierbei zeigen die Zeichnungen inThe invention is based on an exemplary embodiment forth be explained. The drawings show in

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Luftfedersystem mit einer Rolleinrichtung in Mittelstellung Fig. 1 shows a cross section through an air spring system with a roller device in the central position

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Luftfedersystem mit der Rolleinrichtung in Ausschlagsstellung Fig. 2 shows a cross section through an air spring system with the roller device in the deflected position

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Rolleinsichtung im Schnitt A-A nach Fig. 1. Fig. 3 is a plan view of the Rolleinsichtung in section AA of FIG. 1.

Der Wagenkasten 1 stützt sich in nicht näher dargestellter, aber allgemein üblicher Anordnung über symmetrisch zur Lauf werkmitte angeordnete Luftfedersysteme 2 auf dem Laufwerk 3 ab. Dabei kann es sich sowohl um zwei als auch um mehrere Luftfe dersysteme 2 pro Laufwerk 3 handelt. Gemäß Fig. 1 besteht das Luftfedersystem 2 aus der Luftfeder 4, hier als Halbbalg vorge sehen, und der Gummizusatzfeder 5, hier als Konusfeder ausge führt. Der Halbbalg ist notwendig, weil neben der Querbewegung auch die Ausdrehbewegungen bei Bogenfahrten vom Balg aufgenom men werden müssen. Die Konusfeder wurde wegen der vergleichs weise großen vertikalen Elastizität bei vorhandener Knickstei figkeit ausgewählt. Unterhalb des Luftfedersystems 2 ist die Rolleinrichtung 6 angeordnet, deren Rollschneide 7 in Fahr zeuglängsrichtung ausgerichtet ist. Im einzelnen besteht die Rolleinrichtung 6 aus einer an der Gummizusatzfeder 5 befestig ten Rollplatte 8 und einer am Laufwerk 3 befindlichen ebenen Gegenlagerfläche 9. Die Rollschneide 7, mittig an der Rollplat te 8 ausgebildet, besitzt einen Radius R, der annähernd gleich oder größer der Höhe des Luftfedersystems 2 ist, wobei auch zur Erzeugung einer Progression dieser Radius mit zunehmendem Quer anschlag größer werden kann. Die spezielle Auslegung richtet sich nach der zu erreichenden Elastizität der Querfederung des Wagenkastens 1. Beiderseitig der Rollschneide 7 sind an der Rollplatte 8 ebene Flächen 10 unter einem Öffnungswinkel α an geordnet, die den Rollbereich der Abstützung definieren und be grenzen. Die Fig. 1 zeigt die gesamte Abstützung für den Fall eines stehenden Schienenfahrzeuges im geraden Gleis, das heißt, einer Belastung der Abstützung mit ausschließlich vertikalen Kräften. Dabei nehmen alle Bauteile ihre symmetrische Mittella ge ein.The car body 1 is supported in a non-illustrated, but generally customary arrangement via air spring systems 2 arranged symmetrically to the center of the running gear on the drive 3 . It can be both two and several Luftfe dersysteme 2 per drive 3 . According to Fig. 1 2, the air spring system from the air spring 4, provided herein as Halbbalg see, and the rubber auxiliary spring 5, leads here as a conical spring out. The half-bellows is necessary because, in addition to the transverse movement, the unscrewing movements must also be taken up by the bellows when traveling through bends. The conical spring was selected because of the comparatively large vertical elasticity with existing buckling stiffness. Below the air spring system 2 , the roller device 6 is arranged, the roller cutter 7 is aligned in the longitudinal direction of the vehicle. Specifically, the rolling device 6 consists of a fastened to the rubber auxiliary spring 5 th rolling plate 8 and a flat counter bearing surface 9 located on the drive 3 . The rolling cutting edge 7 , formed centrally on the Rollplat te 8 , has a radius R which is approximately equal to or greater than the height of the air spring system 2 , and this radius can also be larger with increasing transverse stop to produce a progression. The special design is based on the elasticity of the transverse suspension of the body 1 to be achieved . On both sides of the roller cutter 7 , flat surfaces 10 are arranged on the roller plate 8 at an opening angle α, which define and limit the roller region of the support. Fig. 1 shows the entire support for the case of a stationary rail vehicle on a straight track, that is, a load of the support with only vertical forces. All components take their symmetrical center position.

Wirken während der Fahrt Seitenkräfte auf das Schienenfahrzeug ein, kommt es zwischen dem Wagenkasten 1 und dem Laufwerk 3 zu einer Seitenverschiebung Sy, die durch eine Verformung bezie hungsweise Bewegung der Luftfeder 4, der Gummizusatzfeder 5 und der Rolleinrichtung 6 hervorgerufen wird. Entsprechend der Aus bildung des Öffnungswinkels α wird beim Erreichen bestimmter Seitenkräfte die Bewegungsmöglichkeit der Rolleinrichtung 6 durch die ebenen Flächen 10 begrenzt. Die Seitenverschiebung Sy des Wagenkastens 1 sollte in diesem Fall ca. 25% des maximalen Weges betragen. Die weitere Querbewegung erfolgt jetzt nur noch durch das Luftfedersystem 2, eventuell in Verbindung mit weite ren elastischen Queranschlägen. Diese Situation ist in der Fig. 2 dargestellt. Durch eine derartige erfindungsgemäße Ausbildung der Abstützung kann bei kleinen Querbewegungen eine weiche Querfedercharakteristik mit einer sich daran anschließenden, definierten Progression erzielt werden. Im Betriebseinsatz ist zu gewährleisten, daß die Rolleinrichtung 6 in der beabsichtig ten Anordnung erhalten bleibt, wofür gemäß Fig. 3 die form schlüssige Ausbildung der Rollplatte 8 in Verbindung mit ent sprechenden Anschlägen 11 gegen Verdrehen und Verschieben ge wählt wurde. Eine zusätzliche Leiste 12 gewährleistet darüber hinaus auch die Sicherung gegen ein Abheben der Rollplatte 8.If lateral forces act on the rail vehicle during the journey, there is a side shift Sy between the body 1 and the drive 3 , which is caused by a deformation or movement of the air spring 4 , the rubber auxiliary spring 5 and the roller device 6 . According to the formation of the opening angle α, the possibility of movement of the roller device 6 is limited by the flat surfaces 10 when certain lateral forces are reached. The side shift Sy of the car body 1 should be about 25% of the maximum path in this case. The further transverse movement now only takes place through the air spring system 2 , possibly in connection with wide elastic cross stops. This situation is shown in FIG. 2. With such a design of the support according to the invention, a soft transverse spring characteristic with a subsequent, defined progression can be achieved with small transverse movements. In operational use, it must be ensured that the roller device 6 is retained in the intended arrangement, for which purpose the form-fitting design of the roller plate 8 in conjunction with appropriate stops 11 against rotation and displacement has been selected according to FIG. 3. An additional bar 12 also ensures that the roller plate 8 is not lifted off.

BezugszeichenlisteReference list

1 Wagenkasten
2 Luftfedersystem
3 Laufwerk
4 Luftfeder
5 Gummizusatzfeder
6 Rolleinrichtung
7 Rollschneide
8 Rollplatte
9 Gegenlagerfläche
10 ebene Flächen
11 Anschläge
12 Leisten
α Öffnungswinkel
Sy Seitenverschiebung
R wirksamer Radius 1 car body
2 air suspension system
3 drive
4 air springs
5 additional rubber spring
6 roller device
7 rotary cutter
8 roller plate
9 counter bearing surface
10 flat surfaces
11 stops
12 strips
α opening angle
Sy side shift
R effective radius

Claims

1. Support of rail vehicles using Luftfedersyste me, which each consist of an air spring and a Zusatzfe, preferably a rubber auxiliary spring, and are provided one or more times between the body and the drives, characterized in that between the air spring system ( 2 ) and the drive ( 3 ) ei ne rolling device ( 6 ) with transverse to the vehicle oriented rolling direction is arranged, the effective radius R is approximately equal to or greater than the height of the air spring system ( 2 ) and the rolling range is defined defined.

2. Support according to claim 1, characterized in that the roller device ( 6 ) by a on the lower support surface of the air spring system ( 2 ) or elements located there arranged roller plate ( 8 ) with a central, rounded roller blade ( 7 ) and one on the drive ( 3 ) is formed on brought flat counter bearing surface ( 9 ).

3. Support according to claim 1 and 2, characterized in that the roller cutter ( 7 ) is limited on both sides by tangie-generating flat surfaces ( 10 ), the opening angle α defines and limits the rolling area of the device.

4. Support according to claim 1, characterized in that the rolling device ( 6 ) by stops ( 11 ) and strips ( 12 ) is secured against rotation, displacement and lifting.