DE19640332C1

DE19640332C1 - Chassis frame for rail vehicle chassis with integrated air spring

Info

Publication number: DE19640332C1
Application number: DE1996140332
Authority: DE
Inventors: Volker Dipl Ing Quarz; Detlef Dipl Ing Ziemann; Steffen Dipl Ing Worbs; Hanko Dr Ing Marek; Mario Dipl Ing Friedrich; Bernd Dipl Ing Mueller; Volker Dipl Ing Koban
Original assignee: INST SCHIENENFAHRZEUGE
Current assignee: INST SCHIENENFAHRZEUGE
Priority date: 1996-09-19
Filing date: 1996-09-19
Publication date: 1998-04-09
Anticipated expiration: 2016-09-20
Also published as: EP0834434A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Fahrwerksrahmen für Schienenfahrzeug-Fahrwerke mit integrierter Luftfeder, vorzugsweise für zweiachsige Schienenfahrzeuge mit freien und gesteuerten LenkachsenThe invention relates to a chassis frame for Rail vehicle running gear with integrated air spring, preferably for biaxial rail vehicles with free and controlled steering axles

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. Such vehicles have chassis that contain a wheel set or a wheel pair, which again vertically with different spring levels are connected to the undercarriage of the vehicle. The Trolleys can be equipped with free steering axles be that set themselves radially in the arc or via controlled steering axles or wheel pairs that can be adjusted radially by external influence. To perform this function and to transmit Braking and driving forces is a horizontal ab support of the wheel sets or wheel pairs on the base frame required. From the constructive interpretation of this The parameters essentially depend on the driving comfort. These known spring levels are vertical and horizontally arranged transversely and with little rigidity designed to keep the natural frequencies as low as possible to achieve in a range of about 0.8 to 1.2 Hz. The low rigidity adversely affects the available space in the immediate Vehicle environment. As is known, soft Suspension combined with level control, which when loading the vehicle to the car body Avoid static loss of travel.

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.In practice, spring systems have proven themselves use the medium air as a spring element, which high elasticity and the possibility of level adjustment through pressure regulation included.

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. The components of the air suspension, ostensibly the Air springs that support the vertical to realize, require considerable constructive installation space, so that they are often removed from the vertical axis of the power transmission must be arranged. This offset leads to an offset moment between lower and upper force base which must be compensated. So far i Compensate for versions of air-suspended trolleys the offset torque by means of a rigid intermediate frame mens, which above the primary spring level and below is arranged half of the secondary air spring stage and the right and left chassis side with each other connects. This intermediate frame serves at the same time as a carrier for other components such as brakes and on drifted. The intermediate frame must be Concerns be dimensioned sufficiently and has a correspondingly high mass and a large mass moment of inertia. DE 43 37 385 A1 describes a driving described work, the steering mechanism via a Pivot is realized, which outside the ver tical turning pole around the vertical axis of the wheelset is, but allowed to turn out around this point tet. The vertical support is between overlying lower and upper power support Point. An offset moment can be applied with this principle cannot be compensated.

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.DE 43 09 324 C1 and DE 43 44 469 C1 are for Rail vehicles described single-axle bogies that via an intermediate frame for the use of Luftfe have. In DE 43 44 469 C1 is the steering principle chosen so that the actual pivot point around the vertical axis to turn the wheelset with the Pivot is identical as the pivot point. This arrangement voltage influences the turning behavior of the wheelset positive to the relatively high moment of inertia to counteract the intermediate frame. A disadvantage of this version is the additional intermediate frame. 195 32 832 C1 deviates from DE 43 37 385 A1 describes a chassis which has an analog gene steering mechanism based on a joint describes function using spring leaf links. Known Versions of articulated, flexible rotation Rack frames do not solve the problem supporting the offset moment of the air springs. DE 33 42 968 A1 describes a double chassis for Rail vehicles with single wheels, the frame of which articulated longitudinal and cross beams likes to exist to ver the deflection of the individual wheels enlarge.

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. The object of the invention is a chassis of the gangs mentioned type to create an assembly to accommodate and transfer the vertical spring force te or offset moments based on a low weight and a low mass moment of inertia and their special training the arrangement of an air spring in the chassis allows and is suitable to influence driving behavior positively flow, with a span difference between Primary and secondary spring so the wheelset guide stalten is that the steering mechanism in the Horizonta len of the chassis frame to be specially trained too is retained under the effect of the offset torque.

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.The object is achieved by the features of claim 1 solved, that is, that Assembly to maintain the handlebar function be known versions of the above is structured so that the individual elements of the frame give the opportunity have a parallelogram in the horizontal Level. In contrast to torsionally soft The chassis frame is the bogie frame designed to be torsionally rigid with joints Degrees of freedom around the vertical axis, one parallelo allows grammatical rotation.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstan des sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous further developments of the subject matter of the invention are characterized in the subclaims.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen in:Embodiments of the invention are based on the Drawings are explained in more detail. The painting show in:

Fig. 1 die Draufsicht auf den Fahrwerksrahmen, Fig. 1 is a plan view of the chassis frame,

Fig. 2 die Draufsicht auf diesen ausgelenkten Fahr werksrahmen, Fig. 2 shows the top view of this deflected driving gear frame,

Fig. 3 die Vorderansicht des Fahrwerkes, Fig. 3 is a front view of the undercarriage,

Fig. 4 die räumliche Darstellung des Scharniergelen kes zwischen Quer- und Längsträger, Fig. 4 shows the spatial representation of the Scharniergelen kes between transverse and longitudinal member,

Fig. 5 die räumliche Darstellung des aus einem Feder blatt gebildeten Gelenkes zwischen Quer- und Längsträger, Fig. 5 shows the spatial view of, from a spring sheet-formed joint between the transverse and longitudinal carrier

Fig. 6 die Draufsicht auf den Fahrwerksrahmen mit separaten Längsträgern und biegefesten Quer trägern, Figure 6 shows the top view carriers. On the chassis frame with separate longitudinal members, and bending-resistant transverse,

Fig. 7 die Draufsicht auf diesen ausgelenkten Fahr werksrahmen, Fig. 7 shows the top view of this deflected driving gear frame,

Fig. 8 die Draufsicht auf den Fahrwerksrahmen mit geschlossenem, gelenkfreiem Rahmenmodul, Fig. 8 is a plan view of the chassis frame with a closed, hinge-free frame module,

Fig. 9 die Draufsicht auf diesen ausgelenkten Fahr werksrahmen, Figure 9 cage. The plan view of this deflected driving,

Fig. 10: eine schematische Darstellung der Längsmitnah me für Antriebs- und Bremskräfte, Fig. 10 is a schematic representation of the Längsmitnah me for driving and braking forces,

Fig. 11 eine Darstellung der Vertikalabstützung am Querträger des Fahrwerkrahmens, Fig. 11 is a representation of the vertical support to the cross member of the chassis frame,

Fig. 12 eine schematische Darstellung des Fahrwerkrah mens mit sphärischen Gelenken und mit Koppel stangen als Querträger. Fig. 12 is a schematic representation of the Fahrwerkrah mens with spherical joints and coupling rods as a cross member.

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.The chassis frame assembly is used as an element between a primary spring 3 and a secondary spring 4 , a closed frame 15 being supported on the primary springs 3 of a wheel set. The connection between primary springs 3 and side members 2 of the frame 15 is made via a spherical joint, which allows a relative movement between these elements.

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.The side members 2 are connected to each other by means of cross members 1 and form the frame 15 . The connec tion points between side members 2 and cross members 1 represent joints 6 , of which at least one Ge joint on the side member 2 only has a degree of freedom around the vertical to the moment which is generated by an offset X of the vertical forces F he to initiate to the cross members 1 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.In Fig. 1 and 2, the plan view is displayed on a frame derarti gen 15th It can be seen how the frame 15 changes parallelogram ver when cornering. The offset X of the vertical forces F is shown in Fig. 3. The connection between Längsträ like 2 and cross members 1 should be designed at least on a hinge 6 so that a rotation of the longitudinal member 2 to the cross member 1 is only possible about the vertical. Forces and moments are to be transmitted in the remaining axes.

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. Fig. 4 shows such a joint 6 kidney design with a hinge pin 8 Fig. 5 shows such a joint 6 in Federblattausfüh tion, wherein a spring leaf 9 is attached to the cross member 1 in the longitudinal direction.

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.The introduction of the moment, which results from the offset X and the vertical force F, is also possible in the form as shown in FIG. 6. Here find separate side members 12 for primary spring 3 Ver use. In Fig. 7 the rotation of a gene 15 gene gene 15 is visible when cornering. The introduction of moments in the cross member 1 via joints 6 mentioned in the above statements is constructively relatively complex. Such joints 6 also represent a design problem when taking the expected service life into account. In FIG. 8, a structure is shown in which a frame module 10 is used which enables a rigid connection between primary springs 3 and secondary springs 4 . This chassis frame, which allows a parallelogram-like shift, is formed from shortened side members 2 and a cross member 1 .

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.The rotation of the undercarriage frame with frame module 10 is shown in FIG. 9. In horizontal Rich direction occurring forces from drive and braking who carry the from the cross members 1 to the side members 2 and via a longitudinal drive 11 , as shown in Fig. 10, passed on to a base 7 of a Wagenka most. The swaying of the car body on the secondary spring 4 is reduced by the use of vertical supports 13 reducing. Such a roll support is shown in FIG. 11.

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. Fig. 12 shows an embodiment in which the torque support takes place in such a way that the Querträ ger 1 is changed in such a way that the moment is separated into a pair of forces, which rods 14 is received via coupling 14 . In Fig. 12 are instead of the joints. 6 only degrees of joint freedom ϕ _x , ϕ _y , ϕ _z . The formation of the cross member 1 by means of coupling rods 14 requires spherical joints at the ends.

Claims

1. chassis frame for rail vehicle undercarriages with an integrated air spring, which is connected to a primary and a secondary sharpness change, characterized in that a frame ( 15 ) consists of torsionally rigid side members ( 2 ) and bending moment-absorbing cross members ( 1 ), the side members ( 2 ) and the crossbeams ( 1 ) are only connected to one another via joints ( 6 ) with degrees of joint freedom (ϕ _z ) around the vertical.

2. landing gear frame according to claim 1, characterized in that the joints ( 6 ) in the manner of coulter kidney joints are formed with hinge bolts ( 8 ).

3. Chassis frame according to claim 1, characterized in that the joints ( 6 ) in the manner of the most vertical spring leaf link ( 9 ) at the end of the cross member ( 1 ) and firmly 'with the side member ( 2 ) are connected ver.

4. Chassis frame according to one of claims 1 to 3, characterized in that one half of the chassis frame is designed as a closed, non-articulated frame module ( 10 ).

5. Chassis frame according to one of claims 1 to 3, characterized in that a separate longitudinal member ( 12 ) is arranged laterally over an inner chassis frame.

6. Chassis frame according to one of claims 1 to 5, characterized in that the frame ( 15 ) via a longitudinal entrainment ( 11 ) on the base ( 7 ) of the car body is connected.

7. Chassis frame according to one of claims 1 to 6, characterized in that on one of the cross members ( 1 ) in the end regions vertical supports ( 13 ) are attached to the gen box.