DE19640332C1 - Fahrwerksrahmen für Schienenfahrzeug-Fahrwerke mit integrierter Luftfeder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Fahrwerksrahmen für Schienenfahrzeug-Fahrwerke mit integrierter Luftfeder, vorzugsweise für zweiachsige Schienenfahrzeuge mit freien und gesteuerten Lenkachsen

Derartige Fahrzeuge verfügen über Fahrwerke, die einen Radsatz oder ein Radpaar enthalten, welche wiederum über verschiedene Federstufen vertikal mit dem Untergestell des Fahrzeuges verbunden sind. Die Fahrwerke können mit freien Lenkachsen ausgerüstet sein, die sich selbsttätig im Bogen radial einstellen oder über gesteuerte Lenkachsen oder Radpaare, die durch äußere Einwirkung radial eingestellt werden. Zur Erfüllung dieser Funktion und zur Übertragung von Brems- und Antriebskräften ist eine horizontale Ab­ stützung der Radsätze bzw. Radpaare am Untergestell erforderlich. Von der konstruktiven Auslegung dieser Parameter hängt im wesentlichen der Fahrkomfort ab. Diese bekannten Federstufen sind jeweils vertikal und horizontal quer angeordnet und mit geringer Steifig­ keit ausgelegt, um möglichst geringe Eigenfrequenzen in einem Bereich von etwa 0,8 bis 1,2 Hz zu erzielen. Die geringe Steifigkeit wirkt sich nachteilig auf den zur Verfügung stehenden Bauraum in der unmittelbaren Fahrzeugumgebung aus. Bekannterweise werden weiche Federungen mit einer Niveauregulierung kombiniert, die beim Beladen des Fahrzeuges den Wagenkasten zur Vermeidung statischer Federwegverluste anheben.

In der Praxis haben sich Federsysteme bewährt, die das Medium Luft als Federelement benutzen, welches eine hohe Elastizität und die Möglichkeit der Niveau­ anpassung durch Druckregulierung beinhaltet.

Die Bauelemente der Luftfederung, vordergründig die Luftfedern, welche die vertikale Abstützung realisieren sollen, beanspruchen erheblichen konstruktiven Bauraum, so daß diese oftmals entfernt von der vertikalen Achse der Kraftübertragung angeordnet werden müssen. Dieser Versatz führt zu einem Versatzmoment zwischen unterem und oberem Kraft­ abstützpunkt welcher kompensiert werden muß. Bisheri­ ge Ausführungen luftgefederter Fahrwerke kompensieren das Versatzmoment mittels eines starren Zwischenrah­ mens, welcher oberhalb der Primärfederstufe und unter­ halb der sekundären Luftfederstufe angeordnet wird und die rechte und linke Fahrwerkseite miteinander verbindet. Dieser Zwischenrahmen dient gleichzeitig als Träger für weitere Baugruppen wie Bremse und An­ trieb. Der Zwischenrahmen muß aufgrund o.g. Belange ausreichend dimensioniert werden und verfügt über eine entsprechend hohe Masse und ein großes Massen­ trägheitsmoment. In der DE 43 37 385 A1 ist ein Fahr­ werk beschrieben, dessen Lenkmechanismus über einen Drehzapfen realisiert wird, welcher außerhalb des ver­ tikalen Drehpols um die Hochachse des Radsatzes liegt, jedoch ein Ausdrehen um diesen Punkt gestat­ tet. Die vertikale Abstützung erfolgt zwischen übereinanderliegendem unterem und oberem Kraftabstütz­ punkt. Ein Versatzmoment kann mit diesem Prinzip nicht kompensiert werden.

In der DE 43 09 324 C1 und DE 43 44 469 C1 sind für Schienenfahrzeuge Einachsfahrwerke beschrieben, die über einen Zwischenrahmen zur Verwendung von Luftfe­ dern verfügen. Bei der DE 43 44 469 C1 ist das Lenk­ prinzip so gewählt , daß der tatsächliche Drehpunkt um die Hochachse zum Ausdrehen des Radsatzes mit dem Drehzapfen als Anlenkpunkt identisch ist. Diese Anord­ nung beeinflußt das Wendeverhalten des Radsatzes positiv, um dem relativ hohen Massenträgheitsmoment des Zwischenrahmens entgegenzuwirken. Nachteilig bei dieser Ausführung ist der zusätzliche Zwischenrahmen. In der 195 32 832 C1 wird abweichend von DE 43 37 385 A1 ein Fahrwerk beschrieben, welches einen analo­ gen Lenkmechanismus bei Zugrundelegung einer Gelenk­ funktion mittels Federblattlenkern beschreibt. Bekann­ te Ausführungen gelenkiger, in sich beweglicher Dreh­ gestellrahmen führen nicht zur Lösung des Problems der Abstützung des Versatzmomentes der Luftfedern. Die DE 33 42 968 A1 beschreibt ein Doppelfahrwerk für Schienenfahrzeuge mit Einzelrädern, dessen Rahmen aus gelenkig zueinander angeordneten Längs- und Querträ­ gern besteht, um den Ausschlag der Einzelräder zu ver­ größern.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fahrwerk der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, das eine Baugruppe zur Aufnahme und Übertragung der vertikalen Federkräf­ te bzw. Versatzmomente vorsieht, die basierend auf einer geringen Eigenmasse und einem geringen Massen­ trägheitsmoment und durch ihre besondere Ausbildung die Anordnung einer Luftfeder im Fahrwerk zuläßt und geeignet ist das Fahrverhalten positiv zu beein­ flussen, wobei bei Stützweitendifferenz zwischen Primär- und Sekundärfeder die Radsatzführung so ge­ staltet ist, daß der Lenkmechanismus in der Horizonta­ len des besonders auszubildenden Fahrwerkrahmens auch unter Wirkung des Versatzmomentes erhalten bleibt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, das heißt, daß die Baugruppe zur Aufrechterhaltung der Lenkerfunktion be­ kannter oben genannter Ausführungen so aufgebaut ist, daß die Einzelelemente des Rahmens die Möglichkeit haben, sich parallelogrammartig in der horizontalen Ebene zu bewegen. Im Gegensatz zu verwindungsweichen Drehgestellrahmen ist der Fahrwerksrahmen derart konzipiert, daß er verwindungshart durch Gelenke mit Freiheitsgraden um die Vertikalachse, eine parallelo­ grammartige Verdrehung zuläßt.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstan­ des sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 die Draufsicht auf den Fahrwerksrahmen,

Fig. 2 die Draufsicht auf diesen ausgelenkten Fahr­ werksrahmen,

Fig. 3 die Vorderansicht des Fahrwerkes,

Fig. 4 die räumliche Darstellung des Scharniergelen­ kes zwischen Quer- und Längsträger,

Fig. 5 die räumliche Darstellung des aus einem Feder­ blatt gebildeten Gelenkes zwischen Quer- und Längsträger,

Fig. 6 die Draufsicht auf den Fahrwerksrahmen mit separaten Längsträgern und biegefesten Quer­ trägern,

Fig. 7 die Draufsicht auf diesen ausgelenkten Fahr­ werksrahmen,

Fig. 8 die Draufsicht auf den Fahrwerksrahmen mit geschlossenem, gelenkfreiem Rahmenmodul,

Fig. 9 die Draufsicht auf diesen ausgelenkten Fahr­ werksrahmen,

Fig. 10: eine schematische Darstellung der Längsmitnah­ me für Antriebs- und Bremskräfte,

Fig. 11 eine Darstellung der Vertikalabstützung am Querträger des Fahrwerkrahmens,

Fig. 12 eine schematische Darstellung des Fahrwerkrah­ mens mit sphärischen Gelenken und mit Koppel­ stangen als Querträger.

Die Baugruppe Fahrwerksrahmen wird als ein Element zwischen einer Primärfeder 3 und einer Sekundärfeder 4 eingesetzt, wobei ein Rahmen 15 in geschlossener Form sich auf den Primärfedern 3 eines Radsatzes abstützt. Die Verbindung zwischen Primärfedern 3 und Längsträgern 2 des Rahmens 15 erfolgt über ein sphäri­ sches Gelenk, welches eine Relativbewegung zwischen diesen Elementen zuläßt.

Die Längsträger 2 sind mittels Querträger 1 miteinan­ der verbunden und bilden den Rahmen 15. Die Verbin­ dungsstellen zwischen Längsträgern 2 und Querträgern 1 stellen Gelenke 6 dar, von denen mindestens ein Ge­ lenk an dem Längsträger 2 nur über einen Freiheits­ grad um die Senkrechte verfügt, um das Moment, wel­ ches durch einen Versatz X der Vertikalkräfte F er­ zeugt wird, zu den Querträgern 1 einleiten zu kön­ nen.

In Fig. 1 und 2 ist die Draufsicht auf einen derarti­ gen Rahmen 15 dargestellt. Es ist erkennbar, wie sich der Rahmen 15 bei Kurvenfahrt parallelogrammartig ver­ ändert. Der Versatz X der Vertikalkräfte F ist in Fig. 3 dargestellt. Die Verbindung zwischen Längsträ­ gern 2 und Querträgern 1 sollte mindestens an einem Gelenk 6 so gestaltet sein, daß eine Verdrehung des Längsträgers 2 zum Querträger 1 nur um die Senkrechte ermöglicht wird. In den verbleibenden Achsen sind Kräfte bzw. Momente zu übertragen.

Fig. 4 zeigt ein derartiges Gelenk 6 in Bolzenschar­ nierausführung mit einem Scharnierbolzen 8. Fig. 5 zeigt ein derartiges Gelenk 6 in Federblattausfüh­ rung, wobei ein Federblatt 9 in Längsrichtung zum Querträger 1 angebracht ist.

Die Einleitung des Momentes, welches sich aus dem Versatz X und der Vertikalkraft F ergibt, ist auch in der Form möglich wie in Fig. 6 dargestellt. Hier finden separate Längsträger 12 für Primärfeder 3 Ver­ wendung. In Fig. 7 ist die Ausdrehung eines derarti­ gen Rahmens 15 bei Kurvenfahrt ersichtlich. Die in den o.g. Ausführungen erwähnte Einleitung von Momen­ ten in dem Querträger 1 über Gelenke 6 ist konstruk­ tiv relativ aufwendig. Auch stellen derartige Gelenke 6 bei Berücksichtigung der zu erwartenden Lebensdauer ein konstruktives Problem dar. In Fig. 8 ist ein Aufbau dargestellt, bei welchem ein Rahmenmodul 10 Verwendung findet, welches eine starre Verbindung zwi­ schen Primärfedern 3 und Sekundärfedern 4 ermöglicht. Dieser Fahrwerksrahmen, der eine parallelogrammartige Verschiebung zuläßt, wird aus verkürzten Längsträgern 2 und einem Querträger 1 gebildet.

Die Verdrehung des Fahrwerksrahmens mit Rahmenmodul 10 ist in Fig. 9 dargestellt. In horizontaler Rich­ tung auftretende Kräfte aus Antrieb und Bremsung wer­ den von den Querträgern 1 auf die Längsträger 2 über­ tragen und über eine Längsmitnahme 11, wie in Fig. 10 dargestellt, auf ein Untergestell 7 eines Wagenka­ stens weitergeleitet. Das Wanken des Wagenkastens auf der Sekundärfeder 4 wird durch Verwendung von vertika­ len Abstützungen 13 vermindernd beeinflußt. In Fig. 11 ist eine derartige Wankabstützung dargestellt.

Fig. 12 stellt eine Ausführung dar, bei welcher die Momentabstützung in der Art erfolgt, daß der Querträ­ ger 1 in der Art verändert wird, daß das Moment in ein Kräftepaar aufgetrennt wird, welches über Koppel­ stangen 14 aufgenommen wird. In Fig. 12 sind anstelle der Gelenke. 6 nur Gelenkfreiheitsgrade ϕ_x, ϕ_y, ϕ_z, dargestellt. Die Ausbildung des Querträgers 1 mittels Koppelstangen 14 erfordert sphärische Gelenke an deren Enden.

Claims (7)

1. Fahrwerksrahmen für Schienenfahrzeug-Fahrwerke mit integrierter Luftfeder, der mit einer Primär- und einer Sekundärfe­ derung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rahmen (15) aus torsionssteifen Längsträgern (2) und biegemomentaufnehmenden Querträgern (1) besteht, wobei die Längsträger (2) und die Querträger (1) über Gelenke (6) mit Gelenkfreiheitsgraden (ϕ_z) nur um die senkrechte miteinander verbunden sind.

2. Fahrwerksrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gelenke (6) in der Art von Schar­ niergelenken mit Scharnierbolzen (8) ausgebildet sind.

3. Fahrwerksrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gelenke (6) in der Art senkrechtste­ hender Federblattlenker (9) am Ende des Querträgers (1) ausgebildet und fest′ mit dem Längsträger (2) ver­ bunden sind.

4. Fahrwerksrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hälfte des Fahrwerksrahmens als geschlossenes, nicht gelenkiges Rahmenmodul (10) ausgebildet ist.

5. Fahrwerksrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein separater Längsträger (12) seitlich über einen inneren Fahrwerksrahmen hinaus angeordnet ist.

6. Fahrwerksrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (15) über eine Längs­ mitnahme (11) am Untergestell (7) des Wagenkastens verbunden ist.

7. Fahrwerksrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an einem der Querträger (1) in den Endbereichen vertikale Abstützungen (13) zum Wa­ genkasten angebracht sind.