DE3019468C2 - Fahrwerk für Eisenbahnfahrzeuge - Google Patents

Description

a) daß in den röhrenförmigen Lagersäulen (54) zwei Wellen (56), an deren beiden Enden jeweils einer der genannten Schwingarme (Arm 12) befestigt ist, unter Zwischenfügung von Buchsen (62) ays einem elastomeren Werkstoff drehbar gelagert sind, wobei die Buchsen (62) eine von der koaxialen Ausrichtung abweichende nichtfluchtende Ausrichtung der Wellen (56) relativ zu den zugehörigen Lagersäulen (54) ermöglichen,

b) daß den einzelnen Schwtiigarmen (Arm 12) jeweils ein hydraulischer Stoßdämpfer (80) sowie eine Schraubenfeder (76) zur Fahrzeugaufhängung zugeordnet sind, die sich von dem Bereich der freien Enden der Schwingarme nach oben erstrecken und letztere mit dem Fahrzeugkörper (40) verbinde-.i,

c) daß der zentrale Tsjil der Tragkonstruktion (10) als horizontale Platte (16). jsgebildet ist. in welcher eine rechteckige Öffnung (18) angebracht ist, deren größere Achse quer zu dem Fahrwerk verläuft und in der ein rechteckiger Gleitblock (24) mit einer zentralen Bohrung (26) mit vertikaler Achse derart montiert ist, daß er zu Gleitbewegungen in Richtung der größeren Achse der genannten Öffnung (18) sowie zu einer begrenzten Verschiebung in Richtung der kleineren Achse der Öffnung (18) befähigt ist,

d) daß das genannte Lagerelement zur Verbindung des Fahrwerkes mit dem Fahrzcugkörper (40) aus einem oberen scheibenförmigen Element (Scheibe 34) besteht.

e) daß dieses obere scheibenförmige Element (Scheibe 34) einen von ihm nach unten ragenden Drehzapfen (28) trägt, der sich durch die Bohrung (26) des Gleitblockes (24) erstreckt und unterhalb der zentralen Platte (16) der Tragkonstruktion (10) endet,

f) daß an dem unteren Ende (42) des Drehzapfens (28) ein unteres scheibenförmiges Element (Scheibe 46) befestigt ist, und

g) daß zwischen dem oberen scheibenförmigen Element (Scheibe 34) und der Oberseite der zentralen Platte (16) ein erstes ringförmiges Element (50) aus einem elasiomeren Werkstoff und /wischen tier Unterseite der /Zentralen Platte (16) und dein unteren scheibenförmigen EIemcni (Scheibe 46) ein zweites ringförmiges KIemcnt (52) eingespannt sind, wobei jedes dieser ringförmigen Elemente (50 b/w. 52) für Bewegungen um die Längsachse (l))ocs Fahrwerkes eine geringere Steifigkeit aufweist als für Bewe

gungen um die Querachse (A)des Fahrwerkes.

2. Fahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfedern (76) zur Fahrzeugaufhängung sich zwischen zwei Blöcken (75 und 78) aus elastomerem Werkstoff abstützen.

3. Fahrwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitblock (24) aus selbstschmierendem Kunststoffmaterial besteht i-nd eine in vertikaler Richtung langgestreckte Quaderform mit quadratischem horizontalem Querschnitt aufweist.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrwerk der im Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Art.

Ein solches Fahrwerk ist durch die US-PS 39 39 779 bekannt. Bei ihm sind die die Achsschenkel für die Räder tragenden Schwingarme an Buchsen befestigt, die auf die freien Enden von Torsionsstäben aufgesteckt sind, welche sich in Lagersäulen befinden, die an einem zentralcn Trägerteil befestigt sind. Diese Konstruktion hat zur Folge, daß die die Schwingarme tragenden Buchsen und die Lagersäule,". stets koaxial ausgerichtet sind, so daß die Radachsen stets parallel zu den Lagersäulen verlaufen.

jo Neben einem vergleichsweise hohen Gewicht und hohem Raumbedarf iiat diese Konstruktion den Nachteil, daß bei Kurvenfahrt die Achsschenkel außerordentlich stark beansprucht werden und die Schienen einem großen Verschleiß unterworfen sind. Dies ist einerseits auf die großen ungefederten Massen zurückzuführen, andererseits darauf, daß die Radachsen bei Kurvenfahrt stets parallel zueinander verlaufen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrwerk der im Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Art zu schaffen, weiches sich durch geringes Gewicht und geringen Raumbedarf auszeichnet, einfach und preisgünstig herzustellen und zu unterhalten ist. dem Fahrzeug einen hohen Fahrkomfort verleiht und die erwähnten Beanspruchungen der Achsschenkel sowie den hohen Schienenverschleiß vermeidet.

Diese Aufgabe wird durch ein Fahrwerk mit den im Patentanspruch I beschriebenen Merkmalen gelöst.

Durch die Möglichkeit der nicht fluchtenden Ausrichtung zwischen den einzelnen Wellen und den zugehörigen röhrenförmigen Lagersäulen stellt sich eine Selbststeuerung der die Räder tragenden Schwingarme ein, wenn das Fahrwerk eine Kurve durchfährt, so daß eine nichtparallele Ausrichtung zwischen Rädern und Schiene vermieden ist. Ferner können die Schwingarme RoII-schwingungen ausführen, so daß die Räder sich eventuellen Ungleichförmigkeiten der Schienen anpassen können. Da die Übertragung von Kräften zwischen dem Fahrzeugkörper und den Rädern bei allen Betriebsbedingungen über nachgiebige Elemente erfolgt, sind undo gehemmtes Gleiten und Spiel zwischen relativ zueinander bewegbaren Teilen lies Fuhrwerkes vermieden, so daß Vibrationen merklich verringert werden.

Von den weiteren Vorteilen, die das Fahrwerk gemäß der Erfindung bietet, seien folgende genannt:

— (Jas Fahrwerk ermöglicht eine einstufige Fahr/eugaufhängung, die in Richtung der drei Haupuiiigheitsachsen des Fahrzeuges wirkt, so daß eine

zweite Aufhängungssiiife vermieden wird;

— das Gewicht des Fahr/.eugkörpers wird auf vier Auflager verteilt, so daß Kahrzeugaufbaulcn mit vereinfach lcr Gehäusekonstruktion verwendet werden können;

— neben dem bereits erwähnten geringeren Verschleiß des Schienenweges und der geringeren Beanspruchung der Achsschenkel ergibt sich auch ein geringerer Verschleiß i!er Wälzkegei der einzelnen Räder;

— infolge der größeren Anzahl von Auflagerpunkten und der geringeren vertikalen Beschleunigungen verringern sich die statischen und dynamischen Beanspruchungen des Fahrzeugkörpers;

— durch die Möglichkeit der Selbststeuerung der die Räder tragenden Schwingarme ist bei Kurvenfahrt eine Schräglage der Räder relativ zu den Schienen vermieden;

— jedes Rad kann unabhängig von den anderen Rädern gegebenenfalls vorhandene vertikale Ungleichförmigkeiten des Schienenweges absorbieren.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. auf die hiermit zur Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich verwiesen wird.

Im folgenden sei die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines Fahrwerkes.

F i g. 2 das Fahrwerk gemäß F i g. 1 in der Draufsicht,

F i g. 3 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Teiles des Fahrwerkes,

F i g. 4 den Längsschnitt entsprechend der Linie IV-IV von F i g. 1 in einer größeren Darstellung.

Das Fahrwerk weist eine zentrale Tragkonstruktion 10 auf. an der vier Arme 12 gelenkig angebracht sind. An jedem dieser Arme 12 ist ein Rad 14_drehbar montiert.

Die Tragkonstruktion 10, die einstückig (z. B. als Aluminiumgußteil) hergestellt ist, weist einen zentralen Teil in Form einer horizontalen rechtwinkligen Platte 16 mit einer zentralen rechtwinkeligen Öffnung 18 auf. deren längere Seiten parallel zu der mit A bezeichneten transversalen Achse des Fahrwerks verlaufen. Die öffnung 18 befinde'; sich in einem zentraler» Bereich größerer Wandstärke, der sich symmetrisch auf beiden Seilen der Platte 16 erhebt. Daher ist die Öffnung 18 von einer Umrandung 20 umgeben (Fig.3), die durch aus der Platte 16 ragende Verstäriungsrippen 22 gestützt jst.

In der öffnung 18 ist ein Gleitblock 24 aus selbstschmierendem Kunststoffmaterial axial angeordnet. Der Gleitblock 24 hat die Form eines Quaders, dessen größte Kantenlänge in vertikaler Richtung liegt und dessen horizontaler Querschnitt quadratisch ist. Seine längeren Kanten sind geringfügig größer als die entsprechende Ausdehnung der öffnung 18. Der Gleitblock 24 ist in der öffnung 18 derart montiert, daß er sich in Richtung der transversalen Achse A des Fahrwerks bewegen läßt. Er läßt sich außerdem in begren?.-tem Umfang in Richtung der mit B bezeichneten Längsachse des Fahrwerks verschieben. Der Verschiebungsweg des Gleitblocks 24 in Richtung der transversalen Achse A beträgt etwa 45 mm, während sein Bewegungsspielraum in Richtung der Längsachse B etwa 5 mm beträgt.

In dem Gleitblock 2t ist eine zentrale zylindrische Bohrung 26 mil vertikale; Achse angebracht. Durch diese Bohrung 26 erstreckt sich frei drehbar ein vertikaler Drehzapfen 28. Dessen oberer lindbcr.cich. tier einen größeren Durchmesser aufweist (Ki μ. A). ist starr mil

^r> einer Nahe .52 einer oberen luiri/oimilcu Scheibe M verbunden. Von der Außenseite der Nabe 32 gehen Speichen 36 aus. die in einem ringförmigen Flansch 38 der Scheibe 34 enden. Der Flansch 38 ist mittels Bolzen an dem mil 40 bezeichneten Körper eines Eisenbahnfahrzeugs befestigt.

Der mit 42 bezeichnete untere Endbereich des Drehzapfens 28. der einen geringeren Durchmesser hat und mit einem Gewinde versehen ist, durchdringt eine mit 44 bezeichnete Nabe einer unteren horizontalen Scheibe

46. Letztere wird mittels eines aufgeschraubten Gewinderinges 48 auf dem unteren Endbereich 42 gehalten. Zwischen der Oberseile der Platte 16 und der oberen Scheibe 34 ist ein erstes ringförmiges Element 50 aus elastomerem Werkstoff eingespannt. In ähnlicher Weise ist zwischen der Unterseite der Platte 16 und der unteren Scheibe 46 ein zweites ringförmiges Element 52 aus elasiomerem Werkstoff eingespannt Die Achsen der beiden ringförmigen Elemente 50 und 52 /erlaufen vertikal und fluchten miteinander. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die Elemente 50 u.id 52 jeweils aus einem Stapel von übereinanderliegenden Ringen jQh bzw. 52;>. die durch Vulkanisation mit zwischenlicgenden Mctallringen 506 bzw. 526 verbunden sind.

Die ringförmigen Elemente 50 und 52 sind durch den auf den unteren Endbereich 42 des Drehzapfens 28 aufgeschraubten Gewindering 48 in axialer Richtung vorgespannt. Wie im einzelnen aus F i g. 2 und 3 erkennbar ist, weist jedes der ringförmigen Elemente 50 und 52 seitliche Bereiche mit verringerter radialer Wandstärke auf, die den kleineren Seiten der zentralen Öffnung If! gegenüberliegen. Infolgedessen ist die Steifigkeit der ringförmigen Elemente 50 und 52 bei einer Verschwenkung um die transversale Achse A des Fahrwerkes größer als ihre Steifigkeit bei einer Bewegung um die Längsachse ßdes Fahrwerkes.

D^:.e Funktion der ringförmigen Elemente 50 und 52 besteht darin, sowohl bei transversalen als auch bei longitudinalen Verschiebungen des Gleisblock.·; 24 in der öffnung 18 als auch bei Rotationsbewegungen des Fahrwerkes um den Drehzapfen 28 eine elastische Rückstellkraft zu liefern. Außerdem sollen die ringförmigen Elemente 50 und 52 verhindern, daß Wasser oder Staub von dem Außenraum der Tragkonstruktion 10 in den mittleren Bereich des Drehzapfens 28 eindringen.

An den Querseiten der Platte 16 und einstückig mit dieser ausgebildet befinden sich röhrenförmige transversale Lagcrsäulen 54, in denen Wellen 56 drehbar gelagert sind. Die Enden dieser Wellen 56 tragen jeweils einen Arm 12, der starr mit ihnen verbunden ist. Zwischen jeder der WeMen 56 und der zugeordneten Lagersäulcn 54 befindet sich jeweils ein Paar starrer Innenmuffen 58, die in den Endbereichen angebracht und durch ein Abstandsstück 60 voneinander getrennt gehalten sind. Die Niuffen 58 sind von Buchsen 62 aus elastomerem Werkstoff umgeben. Diese Buchsen 62 weisen an ihrer Oberseite und an ihrer Unterseite axiale .schlitzartige Ausnehmungen 62a auf, so daÜ ihre Steifigkeit in radialer Richtung von der Richtung der angreift fenden Belastung abhängt. Die Funktion der Buchsen 62 aus elastomerem Werkstoff besteht darin, daß sie ein »Nichtfluchteri« zwischen der Welle 56 und der zugehörigen Trägcrsäule zulassen und damit einerseits eine

Selbststeuerung der die Räder 14 tragenden Arme bei Kurvenfahrt des Fahrwerkes ermöglichen, derart daß keine Verkantung zwischen den Rädern 14 und den Schienen stattfindet, und andererseits Rollschwingungen der Arme 12 zulassen, derart daß die Räder 14 sich gegebenenfalls vorhandenen Ungleichförmigkeiten des Schienenweges anpassen. Durch diese Anordnung sind die Wellen 56 ausschließlich Biegebeanspruchungen jedoch keine Torsionsbeanspruchungen ausgesetzt.

Die Arme 12 sind parallel zur Längsachse B des Fahrwerkes ausgerichtet und — wie erwähnt — jeweils fest, beispielsweise durch eine konische Verbindung mit den betreffenden Wellen 56 verbunden. Zur festen Verbindung der Arme 12 an den betreffenden Wellen 56 dienen Gewindescheiben 66, die auf das beireffende mit einem Gewinde versehene Ende 56a der Welle 56 aufgeschraubt sind.

In dem gegenüberliegenden Endbereich tragen die einzelnen Arme 12 einen nach außen ragenden Achsschenkel 68, auf denen jeweils ein Rad 14 unter Zwischenfügung eines Kegelwälzlagers gelagert ist (F i g. 2).

Das andere Ende des Achsschenkels 68 trägt ein herausragendes Lagerteil 72 in Form einer horizontalen kreisförmigen Basis 74, gegen die sich unter Zwischenfügung eines Blockes 75 aus elastomerem Werkstoff in das untere Ende einer Schraubenfeder 76 zur Fahrzeugaufhängung abstützt. Das obere Ende der Schraubenfeder 76 stützt sich unter Zwischenfügiing eines weiteren Blockes 78 aus elastomerem Werkstoff gegen den Boden des Körpers 40 des Fahrzeuges ab. Die vier mit den Achsschenkeln 68 verbundenen Federn 76 bilden eine einstufige Aufhängung für den Körper 40 auf dem Fahrwerk. Auf diese Weise gelangt das Gewicht des Fahrzeugkörpers 40 über die Federn 76 direkt auf die Räder 14. ohne daß zwischenliegende Elemente beansprucht werden. Die Verteilung des Gewichtes des Fahrzeugkörpers auf acht Auflager (vier an jedem Fahrgestell) erlaubt es außerdem, die Konstruktionen zur Halterung des Fahrzeugkörpers mit geringem Gewicht auszuführen. Durch die Anordnung der Blöcke 75 und 78, gegen die sich die Enden der Federn 76 abstützen, kann deren Steifigkeit in transversaler Richtung verringert werden. Ferner werden seilliche oder Rotationsauslenkungen des Fahrwerkes relativ zu dem Fahrzeugkörper sowohl von den Federn 76 als auch von den Blöcken 75 und 78 aufgenommen.

Jeder der Federn 76 zur Fahrzeugaufhängung ist jeweils ein vertikal angeordneter hydraulischer Stoßdämpfer 80 zugeordnet. Jeder dieser Stoßdämpfer 80 ist zwischen dem freien Ende eines der Arme 12 und dem Fahrzeugkörpe- 40 angebracht. In den Stoßdämpfern 80 befinden sich (nicht dargesteüt) geeignete Puffer aus einem elastomeren Werkstoff, die elastische Anschläge für die Vertikalbewegung sowohl bei der Kompression als auch bei der Ausdehnung bilden.

Jedem Paar von Armen 12, die mit ein und derselben Welle 56 verbunden sind, ist eine Stange zur Vermeidung von Schlingerbewegungen zugeordnet, die an ihrer Gesamtheit mit 32 bezeichnet ist. Sie umfaßt eine transvertale Welle 94. deren Enden über Gelenkverbindungen mit den inneren Enden der Achsschenkel 68 der Räder 14 verbunden sind, sowie zwei vertikale Wellen 96. deren obere Enden mit dem Fahrzeugkörper 40 verbunden sind und die mit ihren unteren Enden in transversalen Zapfen 98 gelenkig gelagert sind, welche von zwei an den Enden der transversalen Wellen 94 befestigten longitudinalen Hebeln 100 getragen sind. Die beiden transversalen Wellen 94 jedes Fahrwerkes halten den Abstand zwischen den Rädern 14 konstant, wenn letztere durch in Richtung ihrer Achsen wirkende Kräfte beansprucht werden.
Im folgenden seien die Beanspruchungen kurz beschrieben, die bei der Verwendung des dargestellten Fahrwerkes als eines von zwei an den gegenüberliegenden Enden des Körpers eines Eisenbahnfahrzeuges auftreten. Die Masse des Fahrzeugkörpers wird von acht Schraubenfedern 76 (vier für jedes Fahrwerk) getragen,

ίο die ohne irgendwelche Zwischenglieder direkt auf die Räder 14 wirken. Infolge der nichtfluchtenden Anordnung zwischen der Achse jeder Feder 76 und der Rollebene des Rades 14 ist jede aus zwei mit derselben Welle 56 verbundenen Armen 12 bestehende Einheit lediglich vertikalen Kräften ausgesetzt.

Longitudinale und seitliche Relativbewegungen zwischen dem Fahrzeugkörper und den Fahrwerken werden — wie erwähnt — von den ringförmigen Elementen 50 und 52 aufgenommen, die um einen Betrag elastisch verformt werden, der nicht nur von den auftretenden Belastungen sondern auch von ihrer Wirkungsrichtung abhängt, da die Elemente 50 und 52 unterschiedliche Steifigkeit längs der transversalen Achse A und der longitudinalen Achse ßdes Fahrwerkes aufweisen.

Wenn das Fahrzeug eine Kurve durchfährt, nehmen die ringförmigen Elemente 50 und 52 beider Fahrwerke die auf das Gravitationszentrum des Fahrzeugkörpers wirkerste Zentrifugalkraft seitlich auf. Diese Kraft wird außerdem teilweise durch die laterale Steifigkeit der Federn 76 aufgenommen.

Bei der Übertragung von Seitenkräften von dem Fahrzeugkörper über die Arme 52 und die Räder 14 auf die Schienen wirken die elastomeren Buchsen 62 in Reihe mit den ringförmigen Elementen 50 und 52.

Das in der horizontalen Ebene von den durch die Berührungskräfte zwischen Rad und Schiene erzeugte Drehmoment wird von den Buchsen 62 aufgenommen, die sich dabei sowohl radial als auch konisch verformen. Dies hat zur Folge, daß die betreffende Welle 56 relativ zu dem Fahrzeugkörper 10 um einen kleinen Winkel geschwenkt wird und damit einen Selbststeuerungseffekt erzeugt, wobei die Räder 14 und die Schienen in Fluchtung bleiben, so daß eine Berührung zwischen den Spurkränzen der Räder und den Schienen vermieden wird. Dadurch werden sowohl ein Verschleiß der Spurkränze als auch eine Abnutzung der Schienen selbst auf einen minimalen Wert reduziert.

Wenn der Krümmungsradius des Schienenweges größer ist als 250 m und unkompensierte Seitenbeschleunigungenvonl m/sec² an dem Fahrzeug angreifen, neigen die Räder 14 zur Übersteuerung, wobei die Berünrungszone zwischen Rad und Schiene hinter der durch die Achse des Rades verlaufenden vertikalen Ebene liegt.

Die ringförmigen Elemente 50 und 52 und die Buchsen 62 nehmen infolge ihrer begrenzten Steifigkeit kaum eine vertikale Reaktionskomponente des zentrifugalen Drehmomentes auf. Die entsprechenden Kräfte werden vielmehr von den Antischlingerstangen 92 und den Schraubenfedern 76 zur Fahrzeugaufhängung auf-

b0 genommen. Da die an den Enden der Stangen 92 angreifenden vertikalen Kräfte einander gleich sind und etwa gleichen Abstand von den auf die Schraubenfedern 76 wirkenden Kräften haben, werden die von den Armen 12 und den betreffenden Wellen 56 gebildeten Einheiten

f>5 nicht überlastet. Die Belastungsvergrößerung dieser Einheiten (einschließlich iher elastomeren Bestandteile 50,52 und 62) wird daher lediglich durch die horizontalen Berührangskräfte zwischen den Rädern und der

Schiene hervorgerufen.

Beim Bremsen des Eisenbahnfahrzeuges bewirken die auftretenden Kräfte eine elastische Verformung der ringförmigen !elemente 50 und 52 aus eliistomercm Werkstoff, bis der Gleitblock 24 jedes Fahrwerkes an ή einem der longitudinalen Enden der öffnung 18 anschlägt. Die Buchsen 62 aus elastomerem Werkstoff bewirken, dal} di«: zentrale Tragkonstruktion 10 von den die Räii-T 14 trügenden Armen 12 elastisch isoliert ist.

Beim Ziehein des Eisenbahnfahrzeuges in der Ebene verhindern die· von den elastomeren Elementen 50 und 52 aufgenommenen Scherkräfte, daß der Gleitblock 24 längs der Kantein der öffnung 18 gleitet.

Bei allen erwähnten Betriebsbedingungen erfolgt die Übertragung von Kräften zwischen dem Fahrzeugkörper und den Rädern 14 über elastische Elemente. Dadurch werden ein Gleiten und ein Spiel zwischen den relativ zueinander bewegbaren Teilen des Fahrwerkes eliminiert, so daß Fahrwerkvibrationen beträchtlich verringert werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. Fahrwerk für Eisenbahnfahrzeuge mit einer Tragkonstruktion, die ein zentrales Teil mit einem Lagerelement zur Verbindung des Fahrwerkes mit einem Fahrzeugkörper sowie zwei transversale röhrenförmige Lagersäulen aufweist, die mit den in Richtung der Längsachse des Fahrwerkes einander gegenüberliegenden Endbereichen der Tragkonstruktion fest verbunden sind, sowie mit longitudinalen Schwingarmen, die transversal ausladende Achsschenkel tragen, auf denen die Räder des Fahrzeugs montiert sind, gekennzeichnet durch die Merkmalskombination