DE2337771B2

DE2337771B2 - Laufwerk fuer schienenfahrzeuge mit hoher fahrgeschwindigkeit

Info

Publication number: DE2337771B2
Application number: DE19732337771
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing 3527 Calden Schindehütte
Original assignee: Wegmann and Co GmbH
Current assignee: Wegmann and Co GmbH
Priority date: 1973-07-25
Filing date: 1973-07-25
Publication date: 1977-08-18
Also published as: US3988992A; DD113724A5; FR2238624A1; DE2337771A1; IT1017404B; GB1456105A; CH582595A5; FR2238624B1; DE2337771C3; JPS5071008A

Description

2. Laufwerk nach Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell, in dem die Radsätze geführt sind, der Rahmen eines zwei- oder mehrachsigen Drehgesteiis ist.

3. Laufwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell, in dem die Radsätze geführt sind, zur Verbindung der Wagenenden eines Gliederzuges dient.

Die Erfindung betrifft ein Laufwerk für Schienenfahrzeuge mty hoher Fahrgeschwindigkeit, insbesondere für Schienenfahrzeuge für den Schnellverkehr, bei dem die Laufstabilität der Radsätze bis zu Geschwindigkeiten von über 200 km/h gewährleistet werden soll. Unter Laufwerk ist dabei der einen oder mehrere Radsätze enthaltende Teil des Fahrzeuges, insbesondere ein Drehgestellt mit zwei oder mehr Radsätzen, zu verstehen.

Es ist bekannt, daß hohe Fahrgeschwindigkeiten erreicht werden können, wenn die Drehbewegung des Radsatzes bzw. des Drehgestelles um seine senkrechte Achse durch eine Drehhemmung gebremst wird. Es ist auch bekannt, daß die Wirkung einer Drehhemmung verbessert werden kann, wenn die Radsätze im Drehgestell bzw. am Wagen so gelagert sind, daß Bewegungen der Radachslager in Fahrtrichtung hohe Kräfte entgegenwirken, d.h. die Federkonstante in Fahrtrichtung groß ist.

Fahrgeschwindigkeiten bis zu 200 km/h können erreicht werden, wenn zusätzlich zu der in Fahrtrichtung sehr steifen Radsatzführung ein Radprofil mit flacher Kegelneigjung verwendet wird. Es hat sich jedoch gezeigt, daß das Radprofil sich durch Verschleiß ändert und schließlich eine Form annimmt, die praktisch unabhängig vom Ausgangsprofil ist und sich durch weiteren Verschleiß nicht mehr verändert Dieses konstant bleibende Verschleißprofil weist aber eine verhältnismäßig große wirksame Kegelneigung auf, was zur Folge hat, daß oberhalb einer bestimmten kritischen Geschwindigkeit eine Instabilität des Radsatzlaufes einsetzt. Dieser sogenannte Zickzacklauf erzeugt sehr große Seitenkräfte, so daß mit diesem Verschleißprofil Höchstgeschwindigkeiten nicht mehr gefahren werden können.

Um diese Instabilität zu vermeiden und Höchstgeschwindigkeit fahren zu können, mußten die Radsätze, um das Profil mit flacher Kegelneigung zu erhalten, häufig abgedreht oder abgeschliffen werden. Die Notwendigkeit, die Radsätze häufig abzudrehen oder abzuschleifen, ist aber im praktischen Betrieb nicht tragbar, ganz besonders bei Radsätzen mit elastischen Einlagen zwischen Nabe und Radkranz. Diese sind an sich bekannt (OE-PS 1 33 566). Die Stabilisierung des Radsatzlaufes durch eine Drehhemmung, die bei Geschwindigkeiten bis zu 200 km/h Erfolg hatte, ist bei Geschwindigkeiten über 200 km/h und Radsätzen, die ein Verschleißprofil haben, nicht mehr ausreichend.

Gemäß der Erfindung kann eine weitere Stabilisierung durch Verlängerung der Wellenlänge des Sinuslaufes, die auch bei Radsätzen mit Verschleißprofil eine Erhöhung der Geschwindigkeit bis 300 km/h ermöglicht, erreicht werden, durch die Kombination folgender Kennzeichen:

a) Die Radsätze sind in Fahrtrichtung steif, d.h. mit einer Federkonetante größer als 200 kp/mm pro Achslager entweder direkt am Wagenkasten oder in einem Gestell, welches mit dem Wagenkasten über eine der Drehung um eine senkrechte Achse entgegenwirkende Drehhemmung verbunden ist, geführt;

b) die Radkränze der Radsätze sind mit den Radnaber in Umfangsrichtung elastisch verbunden.

Wesentlich ist dabei, daß die in Umfangsrichtung elastischen Radsätze zusammenwirken mit einer ir Fahrtrichtung steifen Lagerung, wobei die Wirkung nicht dadurch aufgehoben sein darf, daß die steife Lagerung durch die Drehung eines Drehgestell! unwirksam gemacht wird. Das Gestell, in dem die Radsätze geführt sind, kann der Rahmen eines zwei

oder mehrachsigen Drehgestells sein oder ein Gestel zur Verbindung der Wagenenden eines Gliederzuges.

Die Wirkung dieser Kombination wird anham folgender Überlegung verständlich:
Legt man ein Koordinatensystem zugrunde, dessei

X-Achse der Fahrtrichtung entspricht, dessen y-Achs< horizontal quer zur Fahrtrichtung und dessen Z-Achs< senkrecht auf der X- und Y-Achse steht, so bewegt siel der Radsatz mit konstanter Geschwindigkeit ii X-Richtung. Dieser Bewegung überlagert sich bein Sinuslauf eine Schwingung in y-Richtung und ein« Drehschwingung um die Z-Achse.

Nimmt man vereinfachend an, daß das Trägheitsmo ment des Radsatzes um die Z-Achse vernachlässig werden kann, was allerdings nur bei kleinerei Geschwindigkeiten zulässig ist, und setzt man weiterhii voraus, daß kein Schlupf zwischen Rad und Schiern auftritt, so führt der Radsatz nach einer Störung einei reinen Sinuslauf aus, dessen Wellenlänge sich nacl folgender Formel errechnet:

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In dieser Formel bedeutet:

= Wellenlänge des Sinuslaufes,
s = Abstand der Berührpunkte Rad-Schiene i

y-Richtung,
r = Radhalbmesser,
β = Kegelneigung des Radprofils,
C_x = Federkonstante am Achslager in X- Richtung,
Ct = Federkonstante des Rades in Umfangsrichtung a der Lauffläche.

Bei einem starren Radsatz, d. h. bei einem Radsatz, bei dem der Radkranz mit der Radachse starr verbunden ist, ist C, unendlich groß. Damit wird der Klammerausdruck unter der Wurzel gleich 1. Der Klammerausdruck unter der Wurzel wird ebenfalls gleich 1, wenn C=O ist, d. h., s wenn der Verschiebung der Radlager in X-Richtung keine wesentlichen elastischen Kräfte entgegenwirken. Soll nun die Wellenlänge λ gegenüber dem Sinuslauf eines starren Radsatzes ohne Drehhemmung vergrößert werden, so kann dies dadurch erreicht werden, daß ι ο der Klamrnerausdruck unter der Wurzel einen Wert größer als 1 erhält. Dies wird dadurch erreicht, daß G>0 wird und C, einen endlichen Wert hat, d.h. der Radkranz mit der Radachse nicht starr, sondern elastisch nachgiebig verbunden ist. Durch die Kombination einer verhältnismäßig hohen Federkonstanten der Radsatzlagerung in x-Richtung mit dem elastischen Radsatz wird somit eine Wirkung erreicht, die jedes Kennzeichen für sich allein nicht ergibt, denn wie die Formel erkennen läßt, kann weder durch Vergrößerung von C_x ohne Anwendung eines elastischen Radsatzes, noch durch Anwendung eines elastischen Radsatzes ohne ausreichend großes C_x die Wellenlänge über den Wert vergrößert werden, der sich ergibt, wenn der Klammerausdruck unter der Wurzel = 1 ist.

Bei hohen Geschwindigkeiten kann die Wirkung des Radsatzträgheitsmomentes um die Z-Achse nicht mehr vernachlässigt werden. Dieses Trägheitsmoment wirkt sich destabilisierend auf den Radsatzlauf aus. Dieser Einfluß wird aber umso kleiner, je größer die Wellenlänge λ des Sinuslaufes ist, da sich dabei eine niedrigere Schwingungsfrequenz der Drehschwingung um die Z-Achse und dementsprechend auch eine kleine maximale Drehgeschwindigkeit bei der Drehschwingung ergibt.

Ein Ausführungsbeispiel eines Laufwerkes nach der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt:

F i g. 1 zeigt das Laufwerk in Seitenansicht;

F i g. 2 zeigt das Laufwerk in der Draufsicht;

Fig.3 zeigt einen Querschnitt durch das Laufwerk nach Fig. 1, wobei ein Fahrzeugrad zum Teil geschnitten dargestellt ist;

F i g. 4 zeigt ein Radachslager des Drehgestells nach F i g. 1 bis 3 in Seitenansicht;

F i g. 5 zeigt einen Schnitt durch einen Längsträger nach der Linie V-V in Fig.4 und gleichzeitig einen Halbschnitt durch das Rad in der senkrechten Radialebene.

Der Wagenkasten 1 stützt sich über Luftfedern 2 auf einem Querträger 3 ab, der mit seitlichen Gleitstücken 4 auf dem Drehgestellrahmen 5 aufliegt. Der Querträger 3 ist mit dem Wagenkasten 1 durch ein Gestänge verbunden, das aus den am Wagenkasten 1 angebrachten Lagern 6, den senkrechten Hebeln 7, die durch das Rohr 8 starr miteinander verbunden sind und den waagerechten Lenkern 9, die an den Enden des Querträgers 3 angelenkt sind, besteht. Dieses Gestänge hat den Zweck, eine Verdrehung des Querträgers 3 gegen den Wagenkasten 1 zu verhindern, ohne die Federung der Luftfedern 2 zu beeinträchtigen. Beim Durchfahren von Kurven kann sich der Drehgestellrahmen 5 um seine senkrechte Achse Z ausdrehen unter Überwindung der Reibung zwischen den Gleitstücken 4 und dem Drehgestellrahmen 5. Durch einen Drehzapfen !0 ist der Querträger 3 mit dem Drehgestellrahmen 5 verbunden, und durch eine Zugstange 11 werden die Längskräfte vom Wagenkasten 1 auf das Drehgestell übertragen.

Jeder Radsatz besteht aus einer Radachse 12, auf die die Naben 13 aufgepreßt sind, dem Radkranz t4 und einer Zwischenlage 15 mit V-förmigen Querschnitt aus elastischem Material, insbesondere Gummi. Durch die Zwischenlage 15 wird gewährleistet, daß sich der Radkranz 14 gegenüber der Radnabe 13 bzw. die Radscheibe um einen gewissen Betrag verdrehen kann, während durch die V-Form der Zwischenlage 15 eine quer zur Fahrtrichtung harte Federung gewährleistet ist, so daß sich die Spurweite der Radkränze 14 nicht merklich ändern kann. Die Radsätze sind in Achslagern 17 gelagert, auf die sich der Drehgestellrahmen 5 in an sich bekannter Weise über die Federwiderlager abstützt, zwischen deren gegeneinander geneigten Stützflächen sich eine gummielastische Schicht 18 befindet, deren Dicke so bemessen ist, daß in Fahrtrichtung die Federkonstante größer als 200kp/mm ist; bei einer Federkonstante von etwa 500 kp/mm wird bereits eine wesentliche Streckung der Sinuskurve und damit eine Steigerung der kritischen Geschwindigkeit erzielt.

Für den Radsatz können auch andere bekannte Konstruktionen verwendet werden, bei denen durch irgendwelche Zwischenlagen eine Federung in Umfangsrichtung erzielt wird.

Die Ansprüche 2 und 3 gelten als echte Unteransprüche nur in Verbindung mit dem Anspruch 1.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Laufwerk für Schienenfahrzeuge mit hoher Fahrgeschwindigkeit, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) Die Radsätze sind in Fahrtrichtung (x)steif, d. h. mit einer Federkonstanten größer als 200 kp/mm pro Achslager entweder direkt am ι ο Wagenkasten oder in einem Gestell, welches mit dem Wagenkasten über eine der Drehung um die senkrechte (z)-Achse entgegenwirkende Direhhemmung verbunden ist, geführt;

b) dije Radkränze der Radsätze sind mit den Radnaben in Umfangsrichtung elastisch verbunden.