DE8422375U1 - Spurgebundenes fahrzeug mit lenkbaren radsaetzen - Google Patents

Description

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Stand der TechnJJ<

Die Fahrwerke oder Drehgestelle der heute üblichen Schienenfahrzeuge besitzen starre und parallel geführte Radsätze, woraus das bekannte Lä'ngs- und Quergleiten der Räder im Gleisbogen resultiert. Wie einschlägige Labor- und Streckenversuche in jüngster Zeit ergeben haben, wird das - bei Stadtverkehrs-Schienenfahrzeugen - als besonders lästig empfundene Kurvenquietschen eindeutig durch die Quergleitkomponenten in den Radaufstandspunkten hervorgerufen. Hierbei tritt ein sogenannter Stick-Slip-Effekt zwischen Rad und Schiene auf, woraus sich letztlich eine selbsterregte Schwingung in der Eigenfrequenz des Systems und damit das Kurvenquietschen ergibt.

Dieses Kurvenquietschen läßt sich mit Radschutzkästen und Schallschürzen kaum merklich verringern, auch die neu entwickelten Schall- oder Schwingungsabsorber, die an der Radscheibe montiert werden, erzielen keine vollständige Beseitigung. Verschiedene Maßnahmen zur Unterdrückung des Stick-Slip-Effektes, wie Verwendung von Pendelrollenlager als Radsatzlager, biegeweiche Radscheiben oder werkstoffseitige Verbesserung der Rad- und Schienenlaufflächen, führten ebenfalls nur zu Teilerfolgen. Letztlich wurden die Quergleitkomponenten und damit auch das Kurvenquietschen lediglich durch die erzwungene Radialeinstellung der Radsätze im Gleisbogen entsprechend Fig. I vollständig beseitigt. Bei dem - erstmals von Liechty und dem Reichsbahn-Versuchsamt Berlin-Grunewald - angewandten Hebel prinzip dient die Winkel auslenkung des Drehgestells gegenüber dem Wagenkasten als Stellgröße für die Radialeinstellung der Radsätze. Abgesehen von den außerordentlich hohen Stellkräften und dem damit verbundenen Verschleiß in den Gelenkpunkten des Hebelsystems, haften dieser Einrichtung folgende gravierende Nachteile an:

1 Die Radialeinstellung der Radsätze ist nur dann korrekt, wenn sich das ganze Fahrzeug im Gleisbogen befindet. Bei der Kurvenein- und -ausfahrt treten die in Fig. II dargestellten geometrisch bedingten Fehlsteuerungseffekte verbunden mit den Ouietschgeräuschen auf.

2 Beim Sinuslauf in der Geraden wird die Verdrehung des Drehgestells gegenüber dem Wagenkasten dazu führen, daß sich die Radsätze radial zur Sinuskurve einstellen und damit eine Verstärkung dieses Schlingereffektes bis zur Entgleisungsgrenze eintreten kann.

3 Das Ausdrehen der Radsetzwellen kann nur bewerkstel1 int werden_; indem man die Radaufstandsflächen längs auf der Schiene verschiebt. Dies führt besonders bei kurvenreichen Strecken und häufigem Lenken zu einem starken Radreifenverschleiß.

4 Die engen Gleisbogenhalbmesser der Stadtbahnbetriebe bedingen Radsatzwinkelauslenkungen bis zu 4,5°, woraus sich erhebliche konstruktive Schwierigkeiten für die Lagerung und Vertikalabfederung der Radsätze ergeben, welche bislang nicht zufriedenstellend gelöst werden konnten.

5 Alle auf dem inländischen Markt angebotenen Einzelachs- und Zweiachslängsantriebe beinhalten derzeit keine ausreichenden Bewegungsfreiheitsgrade für die erzwungene Radsatzradialeinstellung, so daß diese, wenn überhaupt, nur mit gravierenden Konstruktionsänderungen - bei entsprechend hohen Umstellungskosten in Produktion und Lagerhaltung - zu bewerkstelligen sind.

Die Nachteile 1 und 2 ließen sich bei einer anderen Art der Lenksteue- |. rung als das Liechty-Hebelsystem vermeiden. Dies scheint aber bei den hohen | Lenk- und Stellkräften und bei den aus andauernden einwirkenden Stoßen in f Fahrzeuglängsrichtung resultierenden Momenten nur unter sehr hohem konstruktivem Aufwand möglich. Eine solche Konstruktion wäre sicherlich zu aufwendig und zu anfällig.

Erfindung

Die vorgenannten Schwierigkeiten können durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung umgangen werden. Nicht nur die Stellkräfte werden dadurch erheblich reduziert, sondern es können auch die heute üblichen Radsatzführungs-, Antriebs- und Bremseinrichtungen und Geräte nahezu unverändert erhalten bleiben. Auch lassen sich die in Fig. II dargestellten Fehler in der Lenkhebel geometrie mit Hilfe der leichtgängigen Lenk- oder Spurstangenlösung dadurch eliminieren, daß anstelle der Wagenkastenzwangsanienkung selbständige elektrische oder pneumatische Stellgeräte treten, die den tatsächlichen Erfordernissen entsprechend von einem zentralen Kleincomputer ge- | steuert werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Dabei wurde die vorliegende Erfindung mit dem Ziel erarbeitet, eine möglichst einfache und für Stadtverkehrs-Schienenfahrzeuge besonders geeignete Radsatzkonstruktion mit lenkbaren Einzel rädern in kinematisch exakter Form zu bewerkstelligen. Dies wurde dadurch erreicht, daß die Lenk-

achslinie senkrecht zur Fahrbahn steht und mit dem Radaufstandspunkt zusammenfällt. Insofern bestehen keine Ähnlichkeiten zu den lenkbaren Einzelrädern der Kraftfahrzeuge, wo die wesentlich größeren Auslenkwinkel eine derartige Lösung verbieten.

Erfindungsbeschreibung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand von Skizzen - unter Weglassung aller für das Verständnis unwesentlicher Einzelteile - erläutert.

Es zeigen: Fig. III : Situationsskizze eines Drehgestells mit

lenkbaren Einzelrädern im Gleisbogen,

Fig. IV : Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Radsatzes,

Fig. V : Längsschnitt des Ausführungsbeispiels 1 des lenkbaren Eisenbahnrades,

Fig. VI : Schnitt A - B aus Fig. V,

Fig. VII : Längsschnitt des Ausführungsbeispiels 2 des lenkbaren Eisenbahnrades und

Fig. VIII : Schnitt A - A und B - B aus Fig. VII.

Funktionsbeschreibung zu Fig. IV

Auf einer feststehenden Radsatzachse (2) sind links und rechts ringförmige Aufnehmer (5) für Radnabenzwischenringe (3) angebracht. Diese Aufnehmer (5) sind so konstruiert, daß sie lediglich eine Schwenkbewegung der Radnabenzwischenringe (3) um die Vertikale zulassen. Die Lenkachslinien stehen dabei senkrecht zur Fahrbahn und fallen mit dem jeweiligen Radaufstandspunkt zusammen. Auf dem schwenkbaren Radnabenzwischenring (3) ist das Rad (1) mittels Wälzlager (10) gelagert, mit welchem die normale Radumdrehung bewerkstelligt wird. Die Lenkhebel (7) sind am äußeren Ende des jeweiligen Radnabenzwischenringes (3) fest angebracht und erzwingen durch einen zentralen Computer oder ähnlichem gesteuert und von mechanischen, elektrischen oder pneumatischen Stellgliedern gelenkt, die tangentiale Einstellung des Rades (1) zur Schienenlängskante.

Die übertragung der Antriebs- und Bremskräfte zwischen Radsatzachse (2) und Drehgestellrahmen (13) kann mit den herkömmlichen Führungs- und Federungssystemen erfolgen, wobei lediglich die sogenannten Radsatzschenkellager entfallen. Die zur übertragung der Antriebs- und Bremsmomente erforder-

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liehe Kupplung (14) bzw. Bremsscheibe (15) konventioneller Bauart ist auf einer Hohlwelle (16) befestigt, welche das Bindeglied zwischen dem linken und rechten Rad (1) darstellt. Der zusätzliche Bewegungsfreiheitsgrad zwischen der rotierenden Hohlwelle (16) und den winkeleinstellbaren Einzelrädern (1) wird durch die Gummigelenkkupplungen (14) geschaffen, wie sie bei Schienenfahrzeugantrieben seit langer Zeit üblich sind. Die Zentrierung der Hohlwelle (16) gegenüber der stehenden Radsatzachse (2) wird mit den Wälzlagern (17) bewerkstelligt.

Da zwischen Radsatzhohlwelle (16) und Antriebs- bzw. Bremsaggregaten keine Winkelauslenkungen stattfinden, können letztere nunmehr in bisheriger Form eingesetzt werden. Hinzu kommt der Vorteil, daß die stehende Radsatzachse (2) lediglich einer Biegeschwellbeanspruchung unterworfen ist, wogegen die konventionelle rotierende Radsatzwelle durch eine Biegewechselbeanspruchung belastet ist, die zudem durch die Torsionsbeanspruchung des Antriebs und der Bremse überlagert wird.

Konstruktionsbeschreibung des Ausführungsbeispiels 1 siehe Fig. V und VI

Der Zapfenring (5) ist fest auf die stehende Radsatzachse (2) aufgeschoben und mit einer Paßfeder gegen das Verdrehen gesichert. Die Sicherung gegen das Verschieben erfolgt mit Stirnschrauben, welche das Achslager (9), die Distanzhülse (8) und den Zapfenring (5) gegen den Bund der Achse (2) drücken. Der Radnabenzwischenring (3 und 3') ist im Hinblick auf die Montage geteilt und wird mit acht M 12 Schrauben am Umfang in Form einer Flanschverbindung zusammengehalten. Auf Grund der hohen Vertikal- und Horizontalbeanspruchung der beiden Lenkzapfenlager (11) sind diese als Kegelrollenlager |T7 FC 050I ausgeführt. Der als gemeinsame Fettraum dienende Hohlkörper ist gegenüber der Radsatzachse (2) mit zwei Gummimanschetten (IZ' abgedichtet, wobei lediglich die Winkelauslenkungen des Rades (1) gegenüber der stehenden Radsatzachse (2) aufzunehmen sind. Die Abdichtung des sich drehenden Radkörpers (1) gegenüber dem stehenden Radnabenzwischenring (3 und 3') erfolgt über die beiden Lagerdeckellabyrinthe (6). Der Spurstangenhebel (7) stellt eine Verlängerung des linken Lagerdeckels (6) dar und ist im Hinblick auf die hohen Biegemomente durch die U-förmige Querschnittsprofil ierung hinreichend verstärkt.

Konstruktionsbeschreibung des Ausführungsbeispiels 2 siehe Fig. VII und VIII

Das Gleitgelenklager (5) ist umfassend auf die feststehende Radsatzachse (2) aufgeschoben. Die axiale Sicherung gegen das Verschieben des Gleitlagerinnenrings erfolgt mit Stirnschrauben, welche das Achslager (9), die Distanzhüle (8) und den Gleitlagerinnenring gegen den Bund der Radsatzachse (2) pressen. Auf den Gleitlageraußenring sitzt der Radnabenzwischenring (3 und 3'), der aus Montagegründen geteilt ist und mit acht M 12 Schrauben am Umfang in Form einer Flanschverbindung zusammengehalten wird. Am äußeren Ende des Radnabenzwischenrings (3) wird mit dem Radlagerdeckel (6¹) eine Gleitmuffe befestigt, die sich auf der feststehenden Distanzhülse (8) in der Horizontalen verschieben läßt, womit das seitliche Wegkippen des Rades verhindert wird. Die Gleitmuffe (6') dient gleichzeitig als Lenkkopf. Die Radlagerung und Dichtung, der An- und Abtrieb und die Achsaufhängung entsprechen der Lösungsvariante 1.

Vorteile der Erfindung

1. Durch das tangentiale Einstellen der Räder im Gleisbogen wird das Kurvenrütteln und -quietschen verhindert. Das bedeutet neben dem Gewinn an Fahrkomfort auch eine Beseitigung des Lärmproblems für AnIieger.

2. Außer der Verbesserung des Lärmveirhaltens ist eine Minderung des Rad/Schiene-Verschleißes zu erwarten, da das Quergleiten im Gleisbogen nicht mehr auftritt.

3. Auf die Spurerweiterung im Gleisbogen kann verzichtet werden. Auch die Belastung des ganzen Oberbaus wird geringer.

4. Des weiteren ergibt sich die Möglichkeit einer schwächeren Dimensionierung der Radsatzachse, weil diese nicht wie bei der herkömmlichen Radsatzwelle durch Umlaufbiegung und Torsion beansprucht ist, sondern nur durch eine Biegeschwellbelastung, woraus auch eine Gewichtsminimierung der ungefederten Massen resultiert.

5. Die Primärbeeinflussung der Stick-Slip-Schwingungen und der damit verbundenen lästigen Bogenlaufgeräusche kann ohne die kostspieligen Konstruktionsänderungen an den Antriebs- und Bremseinrichtungen bewerkstelligt werden.

Claims (10)

23.11.1984 Spurgebundenes Fahrzeug mit lenkbaren Radsätzen Schutzansprüche

1.) Spurgebundenes Fahrzeug mit lenkbaren Radsätzen dadurch gekennzeichnet, daß sich auf den starren Achsen (l),die parallel und senkrecht zur Fahrtrichtung geführt werden, lenkbare Einzelräder befinden.

2.) Spurgebundenes Fahrzeug nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß links und rechts je ein Radnabenzwischenring (3) die feststehende Radsatzachse (2) umschließt.

3.) Spurgebundenes Fahrzeug nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Radnabenzwischenring (3) auf dem Radsatzachsstummel gelagert ist.

4.) Spurgebundenes Fahrzeug nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung des Radnabenzwischenrings (3) aus einer Vertikal säulenführung mit ein oder zwei Vertikallagern (Fig. V und VI) oder einem, den Achsst'immel umfassenden Gelenklager (Fig. VII und VIII) besteht.

5.) Spurgebundenes Fa irzeug nach Anspruch 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkachslinie des jeweiligen Radnabenzwischenrings (3) senkrecht zur Fahrbahn steht und mit dem jeweiligen Radaufstdndspunkt zusammenfäl1t.

6.) Spurgebundenes Fahrzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß das Rad (1) auf dem schwenkbaren Radnabenzwischenring (3) mittels Kegelroilen- oder Kegeltonnenlager (10) in 0 Anordnung gelagert ist.

7.) Spurgebundenes Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß eine Antriebs-Hohlwelle (16) die Achse umschließt, an deren Enden sich Gummigelenk- oder ähnliche Kupplungen (14) befinden.

8.) Spurgebundenes Fahrzeug nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß sich an den Radscheiben (1) Aufnahmemöglichkeiten für Gummigelenk-Glieder oder ähnliches befinden.

9.) Spurgebundenes Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Radsatzachse (2) wie die herkömmliche außengelagerte Radsatzwelle am Drehgestell montiert ist, jedoch die Kadsatzwälzlager entfallen.

10.) Spurgebundenes Fahrzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß am äußeren Ende des jeweiligen Radnabenzwischenrings (3) der Lenkhebel (7) angeflanscht ist.

11,) Spurgebundenes Fahrzeug nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkhebel (7) an einen fahrzeugsei ti gen Lenksteuermechanismus
gekoppelt ist.