EP0135877A2 - Fahrwerk für Schienenfahrzeuge - Google Patents
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- B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
- B61F5/38—Arrangements or devices for adjusting or allowing self- adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves, e.g. sliding axles, swinging axles
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- B61F5/44—Adjustment controlled by movements of vehicle body
Definitions
- the invention relates to a chassis for rail vehicles, in particular for light rail vehicles, in which a few wheels are sufficient to accommodate the vehicle weight and the payload.
- the undercarriage to be created should on the one hand enable good guidance of the vehicle in a straight track even at very high driving speeds and on the other hand guarantee a wear-free, constraint-free run in the narrowest bends with small track bend diameters. The safety of the guidance must be ensured in any case.
- Trolleys of conventional design are designed as bogies with wheelsets.
- the bogies equipped with conventional wheel sets must be designed with rigid wheel set articulation in order to suppress or complicate the undesired shaft running of the wheel sets.
- the stiff wheel set hindering the run in tight curves.
- the wheels cannot assume a radial position in the track curve.
- Even adjusting the bogie under the vehicle can only partially adjust the wheels radially.
- the skewing of the wheels relative to the rail resulting from this imperfection has undesirable wear Wheels and rails. This phenomenon is not affected by idler gears which are arranged on a wheelset shaft, are mounted independently of one another on the shaft and can be rotated without mutual influence of torque.
- bogie undercarriages are only used to enable the partial and imperfect adjustment of the wheels on track curves.
- the two wheelsets in the two-axle bogie are far from being fully utilized due to the total vehicle weight.
- the leading wheel set of a bogie only serves to control the radial setting of the bogie in the track curve.
- Bogies are therefore not only of limited suitability for low-wear sheet travel, but also heavy and complex because of the unnecessary second wheel set.
- the invention is therefore based on the object to enable the construction of light undercarriages for rail vehicles which can be operated safely at high speeds on straight tracks and in narrow bends with little wear on wheels and rails.
- the undercarriage has two wheels (2) which rotate independently of one another with / on separate wheel axles (5) and with them pivoting wheels (2) which are horizontally pivotable about separate pivot axes (6) which are at least at a distance corresponding to one another, whereby the swiveling movement of both wheels (2) is coupled to one another via a tie rod (7).
- each wheel of a four-wheeled vehicle or undercarriage can assume the ideal radial setting in the curved track.
- the wheels of the pair of wheels are set on the track curve on the one hand due to the so-called profile forces occurring in the track curve as a result of changed contact geometry between the wheel and the rail and on the other hand due to the frictional forces between the wheel and the rail resulting from the kinematics of the wheel movement.
- the profile forces and the frictional forces about the swivel axis generate moments which initiate a swivel movement of the wheels.
- the swiveling movement comes to a standstill when the moments from profile and frictional forces are in balance.
- the moments can be influenced individually by the lever arm without the size of the forces occurring changing.
- a particularly advantageous embodiment of the invention is given when the swivel axes of the wheels of a pair of wheels running under the vehicle in front have the same horizontal distance from the longitudinal center of the vehicle as the contact points of the wheels with the rails and are behind the contact points.
- the pivot axes of the wheels of a pair of wheels running at the rear are expediently to be arranged at the same horizontal distance from the longitudinal center of the vehicle as the contact points and in front of the contact points.
- the advantages achieved by the invention are, in particular, that a stable, low-wear running gear as well as an ideal radial adjustment of the wheels in the curved track and thus a low-wear running with a very simple, lightweight running gear construction are achieved both in a straight track.
- FIGS. 8 to 10 a force F-way s diagram with different characteristics for the steering suspension 11 after Fig. 7 is shown.
- the vehicle 1 or chassis shown in outline has a pair of wheels at the front and rear.
- a pair of wheels consists of two wheels 2, each arranged at the same distance from the longitudinal axis la of the vehicle.
- the bearings 3 of these wheels 2 are mounted on wheel axles 5, each of which is firmly connected to a steering lever 4.
- the steering levers 4 of two opposite wheels 2 of a pair of wheels can be rotated horizontally about pivot axes 6 formed on the vehicle or chassis side and are connected to one another in an articulated manner by a tie rod 7.
- the intersection points of the swivel axes 6 have the same horizontal distance A from the chassis or vehicle longitudinal center la as the contact points 8 of the wheels 2 with the through an imaginary plane placed on the rails 9 of a track (here the plane of the drawing) Rails 9 (distance B).
- Rails 9 distance B
- the points of intersection of the pivot axes 6 of the front pair of wheels in the direction of travel (arrow X) lie behind the contact points 8 of the wheels 2 with the rails 9; the points of intersection of the pivot axes 6 of the rear pair of wheels lie in front of the points of contact 8 of the wheels 2 with the rails 9 (see the longitudinal distances C).
- the penetration points of the pivot axes 6 have a greater horizontal distance A from the longitudinal center line la than the contact points 8 of the wheels 2 with the rails 9 (distance B), the penetration points of the pivot axes 6 being in the same longitudinal direction Distance C 'from the center of the vehicle 1b lies like the points of contact 8 of the wheels 2 with the rails 9.
- the penetration points of the pivot axes 6 can in turn be offset differently with respect to the contact points 8 of the wheels 2 with the rails 9, both transversely to the longitudinal center line la and longitudinally to the transverse center 1b. This results in the transverse distances A and B and the longitudinal distances C l and C 2 , as shown.
- Two or more wheels 2 of the arrangement shown in FIGS. 1 to 3 can be combined to form a bogie-like undercarriage.
- a one-piece frame 10 is provided in a known H-shaped design (two side members and one cross member).
- a frame formed from halves 10a and 10b is possible, the halves 10a and 10b being connected to one another via joints 10c.
- the frame halves 10a and 10b are movable around the diagonal 10d with a view to compensating for unevenness in the rails.
- Both the one-piece frame 10 and the frame halves 10a and 10b have the pivot axes 6 for the wheels 2.
- the horizontal swiveling movement of the wheels 2 about the swiveling axes 6 can be supported by a symmetrical steering suspension 11, which is held on the one hand on the tie rod 7 and on the other hand in fixed points lla on the vehicle.
- the characteristic of the steering suspension 11 can be designed linearly according to FIG. 8 or progressively or degressively according to FIGS. 9 and 10.
- a steering damping according to FIG. 12 is recommended, which is also connected to the tie rod 7 and fixed points 12a on the vehicle.
- a combination of the steering suspension 11 and the steering damping 12 is easily possible.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Fahrwerk für Schienenfahrzeuge, insbesondere für leichte Schienenfahrzeuge, bei denen wenige Räder zur Aufnahme des Fahrzeuggewichts und der Zuladung ausreichend sind.
- Das zu schaffende Fahrwerk soll einerseits eine gute Führung des Fahrzeugs im geraden Gleis auch bei sehr hohen Fahrgeschwindigkeiten ermöglichen und andererseits in engsten Gleisbögen mit kleinen Gleisbogenhalbmessern einen verschleißarmen, zwängungsfreien Lauf garantieren. Die Sicherheit der Spurführung muß in jedem Falle sichergestellt sein.
- Fahrwerke herkömmlicher Bauart werden als Drehgestelle mit Radsätzen ausgeführt. Zur Erzielung hoher Fahrgeschwindigkeiten müssen die mit konventionellen Radsätzen ausgestatteten Drehgestelle mit steifer Radsatzanlenkung ausgeführt sein, um den unerwünschten Wellenlauf der Radsätze zu unterdrücken oder zu erschweren. Die steife Radsatzanlenkung behindert den Lauf in engen Gleisbögen. Die Räder können keine radiale Stellung im Gleisbogen einnehmen. Selbst die Einstellung des Drehgestells unter dem Fahrzeug kann nur eine teilweise Radialeinstellung der Räder bewirken. Der durch diese Unvollkommenheit entstehende Schräglauf der Räder relativ zur Schiene hat unerwünschten Verschleiß an Rädern und Schienen zur Folge. An dieser Erscheinung ändern auch auf einer Radsatzwelle angeordnete, unabhängig voneinander auf der Welle gelagerte und ohne gegenseitige Drehmomentbeeinflussung drehbare Losräder nichts.
- In langen leichten Fahrzeugen werden Drehgestell-Fahrwerke nur eingesetzt, um die teilweise und unvollkommene Einstellung der Räder in Gleisbögen zu ermöglichen. Die im zweiachsigen Drehgestell vorhandenen zwei Radsätze sind durch das Fahrzeuggesamtgewicht bei weitem nicht ausgelastet. Der voranlaufende Radsatz eines Drehgestells dient in diesem Falle nur zur Steuerung der Radialeinstellung des Drehgestells im Gleisbogen. Drehgestelle sind deshalb nicht nur für den verschleißarmen Bogenlauf nur bedingt geeignet, sondern auch wegen des nicht notwendigen zweiten Radsatzes schwer und aufwendig.
- Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, den Bau leichter Fahrwerke für Schienenfahrzeuge zu ermöglichen, die mit hohen Fahrgeschwindigkeiten auf geraden Gleisen und in engen Gleisbögen mit geringem Verschleiß an Rädern und Schienen entgleisungssicher betrieben werden können.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Fahrwerk zwei unabhängig voneinander mit/auf getrennten Radachsen (5) rotierende und mit diesen um separate, in einem mindestens der Spurweite entsprechenden Abstand zueinander angeordnete Schwenkachsen (6) horizontal schwenkbare Räder (2) aufweist, wobei die Schwenkbewegung beider Räder (2) über eine Spurstange (7) miteinander gekoppelt ist.
- Eine derartige Anordnung wird als Radpaar bezeichnet im Gegensatz zum konventionellen Radsatz, dessen auf einer Welle angeordnete Räder nur gemeinsam um eine gemeinsame Hochachse schwenkbar sind. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kann jedes Rad eines vierrädrigen Fahrzeugs oder Fahrwerks im Gleisbogen die ideale Radialeinstellung einnehmen. Die Einstellung der Räder des Radpaares im Gleisbogen erfolgt einerseits durch die im Gleisbogen infolge geänderter Berührungsgeometrie zwischen Rad und Schiene entstehenden sogenannten Profilkräfte und andererseits aufgrund der durch die Kinematik der Radbewegung entstehenden Kraftschlußkräfte zwischen Rad und Schiene. Wenn die Schwenkachsen der Räder eines Radpaares nicht durch die Rad/Schiene-Berührungspunkte gehen, erzeugen die Profilkräfte und die Kraftschlußkräfte um die Schwenkachse Momente, welche eine Schwenkbewegung der Räder einleiten. Die Schwenkbewegung kommt zum Stillstand, wenn die Momente aus Profilkräften und Kraftschlußkräften im Gleichgewicht sind. Durch geeignete Lage der Schwenkachse können über den Hebelarm die Momente je für sich beeinflußt werden, ohne daß sich die Größe der auftretenden Kräfte ändert.
- Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dann gegeben, wenn die Schwenkachsen der Räder eines unter dem Fahrzeug vorn laufenden Radpaares den gleichen horizontalen Abstand zur Fahrzeuglängsmitte wie die Berührpunkte der Räder mit den Schienen haben und hinter den Berührpunkten liegen. Die Schwenkachsen der Räder eines hinten laufenden Radpaares sind zweckmäßig im gleichen horizontalen Abstand zur Fahrzeuglängsmitte wie die Berührpunkte und vor den Berührpunkten anzuordnen.
- Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sowohl im geraden Gleis ein stabiler, verschleißarmer Fahrwerkslauf als auch eine ideale Radialeinstellung der Räder im Gleisbogen und damit ein verschleißarmer Bogenlauf mit einer sehr einfachen, leichten Fahrwerkskonstruktion erreicht werden.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Die Figuren 1, 2 und 3 zeigen jeweils in der Draufsicht ein Fahrzeug 1 oder Fahrwerk mit zwei Radpaaren. Die Figuren 4 und 5 zeigen mit gleichfalls zwei Radpaaren versehene drehgestellähnliche Fahrwerke und Fig. 6 deren fahrzeugseitige Anordnung in Seitenansicht. Aus den Fig. 7 und 11 ist eine Lenkungsfederung 11 bzw. eine Lenkungsdämpfung 12 zum Beeinflussen von horizontalen Schwenkbewegungen eines Radpaares ersichtlich, wobei in den Fig. 8 bis 10 jeweils ein Kraft F-Weg s-Diagramm mit unterschiedlichen Kennlinien für die Lenkungsfederung 11 nach Fig. 7 dargestellt ist.
- Gemäß Fig. 1 bis 3 weist das umrißlich dargestellte Fahrzeug 1 oder Fahrwerk jeweils vorn und hinten ein Radpaar auf. Ein Radpaar besteht aus zwei jeweils im gleichen Abstand zur Fahrzeuglängsachse la angeordneten Rädern 2. Die Lagerung 3 dieser Räder 2 erfolgt auf Radachsen 5, die mit je einem Lenkhebel 4 fest verbunden sind. Die Lenkhebel 4 zweier gegenüberliegender Räder 2 eines Radpaares sind um fahrzeug- oder fahrgestellseitig gebildete Schwenkachsen 6 horizontal drehbar und durch eine Spurstange 7 gelenkig miteinander verbunden.
- Im Beispiel nach Fig. 1 haben die Durchstoßpunkte der Schwenkachsen 6 durch eine auf die Schienen 9 eines Gleises gelegt gedachte Ebene (hier die Zeichnungsebene) den gleichen horizontalen Abstand A von der Fahrwerks- bzw. Fahrzeuglängsmitte la wie die Berührpunkte 8 der Räder 2 mit den Schienen 9 (Abstand B). In Längsrichtung liegen die Durchstoßpunkte der Schwenkachsen 6 des in Fahrtrichtung (Pfeil X) vorderen Radpaares hinter den Berührpunkten 8 der Räder 2 mit den Schienen 9; die Durchstoßpunkte der Schwenkachsen 6 des hinteren Radpaares liegen vor den Berührpunkten 8 der Räder 2 mit den Schienen 9 (siehe die Längsabstände C).
- Unterschiedlich zu Fig. 1 haben gemäß Fig. 2 die Durchstoßpunkte der Schwenkachsen 6 einen größeren horizontalen Abstand A von der Fahrzeuglängsmitte la als die Berührpunkte 8 der Räder 2 mit den Schienen 9 (Abstand B), wobei die Durchstoßpunkte der Schwenkachsen 6 im gleichen Längsabstand C' von der Fahrzeugquermitte lb liegen wie die Berührpunkte 8 der Räder 2 mit den Schienen 9.
- Nach Fig. 3 können wiederum unterschiedlich die Durchstoßpunkte der Schwenkachsen 6 in bezug auf die Berührpunkte 8 der Räder 2 mit den Schienen 9 sowohl quer zur Fahrzeuglängsmitte la als längs zur Fahrzeugquermitte 1b versetzt angeordnet sein. Hierbei ergeben sich die Querabstände A und B sowie die Längsabstände Cl und C2, wie dargestellt.
- Zwei oder mehrere Räder 2 der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Anordnung können zu einem drehgestellähnlichen Fahrwerk zusammengefaßt werden. Dazu ist gemäß Fig. 4 ein einteiliger Rahmen 10 in bekannter H-förmiger Gestaltung (zwei Längsträger und ein Querträger) vorgesehen. Alternativ ist nach Fig. 5 ein aus Hälften 10a und 10b gebildeter Rahmen möglich, wobei die Hälften 10a und 10b über Gelenke 10c miteinander verbunden sind. Auf diese Weise sind die Rahmenhälften 10a und 10b um die Diagonale 10d im Hinblick auf einen Ausgleich von Schienenunebenheiten beweglich. Sowohl der einteilige Rahmen 10 als auch die Rahmenhälften 10a und 10b weisen die Schwenkachsen 6 für die Räder 2 auf. Die Position der Schwenkachsen 6 entspricht in Fig. 4 und 5 beispielsweise der nach Fig. 2, das heißt Abstand A größer als B; C' = C'. Fig. 6 zeigt die Anordnung einteiliger Rahmen 10 oder zweiteiliger Rahmen 10a und 10b unter dem Aufbau eines Fahrzeuges 1.
- Wie aus Fig. 7 ersichtlich, kann die horizontale Schwenkbewegung der Räder 2 um die Schwenkachsen 6 durch eine symmetrische Lenkungsfederung 11 unterstützt werden, die einerseits an der Spurstange 7 und andererseits in fahrzeugseitigen Festpunkten lla gehalten ist. Die Lenkungsfederung 11 ist in ihrer Charakteristik gemäß Fig. 8 linear oder nach den Fig. 9 und 10 progressiv bzw. degressiv auslegbar.
- Zur Stabilisierung der horizontalen Schwenkbewegungen der Räder 2 um die Schwenkachsen 6 empfiehlt sich eine Lenkungsdämpfung nach Fig. 12, die ebenso mit der Spurstange 7 und fahrzeugseitigen Festpunkten 12a verbunden ist. Eine Kombination der Lenkungsfederung 11 und der Lenkungsdämpfung 12 ist ohne weiteres möglich.
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