DE2837302A1

DE2837302A1 - Drehgestell-schienentriebfahrzeug

Info

Publication number: DE2837302A1
Application number: DE19782837302
Authority: DE
Inventors: Volker Dipl Ing Distelrath; Friedrich Dipl Ing Quack
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Siemens Schienenfahrzeugtechnik GmbH
Priority date: 1978-08-26
Filing date: 1978-08-26
Publication date: 1980-03-13
Also published as: FR2434067A1; DE2837302C2; IT1122804B; ATA559079A; JPS5531691A; GB2029785B; SE7906787L; FR2434067B1; GB2029785A; CH639328A5; IT7925190A0; AT365524B; SE445632B

Description

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FRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG in Essen

Drehgestell-Schienentriebfahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Drehgestell-Schienenfahrzeug mit mindestens einem Antriebsaggregat.

Beim Fahren von Schienentriebfahrzeugen mit Drehgestellen macht sich mit zunehmender Geschwindigkeit insbesondere das horizontale Schwingungsverhalten störend bemerkbar, wobei sich im allgemeinen eine translatorische Schwingung mit einer quer zum Gleis gerichteten Amplitude und eine Drehschwingung um eine senkrechte Achse zu einer Schlingerbewegung, dem

JO sogenannten Drehgestell-Sinuslauf, überlagern. Es besteht hierbei die Gefahr, daß die Amplituden dieser Bewegungen auf unzulässige Größen anwachsen.

Um hier Abhilfe zu schaffen, hat man bei bekannten Schienentriebfahrzeugen versucht, die Steifigkeiten und Dämpfungen der Feder- und Dämpfungselemente,die

die Radsätze, Drehgestelle und den Fahrzeugkasten miteinander verbinden, entsprechend den Massen der genannten Fahrzeugteile möglichst optimal aufeinander abzustimmen. So sind beispielsweise Fahrzeuge der eingangs genannten Art bekannt, bei denen zur Begrenzung der

Drehschwingungen der Drehgestelle Dämpfungseinrichtungen zwischen dem Drehgestellrahmen und dem Fahrzeugkasten angeordnet sind.

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Für den Geschwindigkeitsbereich weit über 200 km/h reicht diese bauliche Maßnahme zur Erzielung einer befriedigenden LaufStabilität des Fahrzeugs jedoch nicht aus. Die Antriebsaggregate, wie z.B. ein Ge-Stellmotor und das zugehörige übersetzungsgetriebe, sind bei den bekannten Schienentriebfahrzeugen über Federelemente derart gelagert, daß nur senkrechte Stöße vom Drehgestellrahmen auf die Antriebsaggregate gemildert werden. In Querrichtung sind aber diese Federelemente nahezu starr, so daß die Massen des bzw. der Antriebsaggregate in schwingungstechnischer Hinsicht in Querrichtung am Drehgestellrahmen direkt angekoppelt sind.

Zur Behebung dieses Mangels sind die Fahrmotore bei anderen bekannten Schienentriebfahrzeugen vom Drehgestell in den Fahrzeugkasten verlagert worden. Bei einer derartigen Lösung werden zwar in schwingungstechnischer Hinsicht die Massenverhältnisse im Drehgestell verbessert, dafür ist aber, durch die bei Bogenfahrten großen Relativbewegungen zwischen Fahrzeugkasten und Radsätzen bedingt, die übertragung des Drehmoments von den Antriebsaggregaten auf die Radsätze konstruktiv und gewichtsmäßig aufwendig und entsprechend störanfällig. Zudem läßt sich diese Lösung oft nicht ohne schwerwiegende andere Nachteile ausführen, weil der Raum für die Antriebsaggregate in oder unter dem Wagenkasten erst durch Verlängerung des Fahrzeugs verfügbar ist. Darüber hinaus muß aber auch bei diesen bekannten Schienenfahrzeugen ein Teil der Antriebsaggregate - nämlich der Achsantrieb - notwendigerweise im Drehgestell verbleiben.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schienenfahrzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem eine hohe LaufStabilität erreicht wird und bei dem die kritische Geschwindigkeit, die durch periodischen Spurkranzanlauf der Radsätze mit etwa 1 bis 5 Hz beim Lauf in der Geraden gekennzeichnet ist, auf Geschwindigkeitsbereiche wesentlich über 200 km/h angehoben werden kann. Dabei sollen die genannten Nachteile der bekannten Schienentriebfahrzeuge vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das bzw. die Antriebsaggregate innerhalb des Drehgestellrahmens in Querrichtung im wesentlichen um den gleichen Ausschlag translatorisch und um eine senkrechte Achse im wesentlichen um den gleichen Drehwinkel rotatorisch bewegbar sind, wie der Drehgestellrahmen im Gleis, wobei das bzw. die Antriebsaggregate in Querrichtung über mindestens ein Feder- und ein Dämpfungselement mit dem Drehgestellrahmen verbunden sind. Da- bei ist es wesentlich, daß die Federsteifigkeit des bzw. der Federelemente derart gering bemessen ist, daß die quer zur Fahrtrichtung gerichteten translatorischen Schwingungen des bzw. der Antriebsaggregate gegenüber dem Drehgestellrahmen und die entsprechenden Drehschwingungen um eine vertikale Achse Eigenfrequenzen bis maximal etwa 5 Hz aufweisen und daß die Dämpfungskennwerte des bzw. der Dämpfungselemente an die Frequenzen und Amplituden der Schwingungen des bzw. der Antriebsaggregate derart angepaßt sind, daß das Gesamtsystem des Drehgestells bis zu einer vorgebbaren Höchstge-

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schwindigkeit schwingungstechnisch stabil ist. Mit den im Anspruch 5 beschriebenen Merkmalen ist eine vorteilhafte Aufhängung der Antriebsaggregate angegeben. Das. im Anspruch 6 beschriebene Merkmal bringt eine wesentliehe Vereinfachung des Antriebsproblems mit sich, während es die in den Ansprüchen 4 und 8 beschriebenen Merkmale ermöglichen, die Federsteifigkeit für die translatorische Bewegung eines Antriebsaggregates in Querrichtung und die für die Drehbewegung um eine senkrechte Achse unabhängig voneinander zu bemessen.

Mehrere AüaSihrungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein zweiachsiges Drehgestell, eines Schienen— triebfahrzeugs nach der Erfindung mit einem

Antriebsblock für beide Achsen

Fig. 2 ein zweiachsiges Drehgestell.mit zwei getrennten Antriebseinheiten - je eine für jede Achse

Fig. 3 ein Drehgestell mit zwei 'antriebsmäßig getrennten, auf einem gemeinsamen Rahmen befestigten

Antriebsaggregaten

Fig. 4 ein Drehgestell mit einem an einem Drehstab-Pendel-Paar aufgehängten Antriebsblock mit zwei Achsgetrieben

Fig. 4a die Anordnung eines Dämpfungsgliedes zwischen

dem Antriebsblock und dem Rahmen des Drehgestells bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.

■V C _

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Die Fig. 1 bis 4 sind perspektivische Darstellungen, Fig. 4a ist eine Draufsicht. Die Zeichnungen sind zum Teil stark vereinfacht, um das Wesentliche zu zeigen.

Der Drehgestellrahmen 1 besteht aus zwei Längsträgern 2 an den Außenseiten und zwei Querverbindungen 3 an den Stirnseiten. Das Drehgestell weist zwei Achsen 4 mit je zwei auf den Schienen 6 laufenden Rädern 5 auf.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die Achslager 7 der Achsen 4 über je eine Feder 8 in Längsrichtung - d.h. in Gleis- bzw. Fahrtrichtung - und über je ein Feder- und Dämpfungselement 9 bzw. 10 in senkrechter Richtung und über je ein Feder- und Dämpfungselement 11 bzw. 12 in Querrichtung - d.h. quer zur Gleis- bzw.

Fahrtrichtung - mit dem Drehgestellrahmen 1 verbunden. In den Fig. 2 bis 4 sind die Federelemente 8 und die Paare aus Feder- und Dämpfungselementen 9, 10 bzw. 11, 12 der Einfachheit halber nur mit strichpunktierten Linien angedeutet. Zur Aufnahme der senkrechten Kräfte ist jedem Achslager 7 eine. Halterung 13 an den Längsträgern 2 zugeordnet.

Der Antrieb für die beiden Achsen 4 ist bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in einem einzigen Antriebsblock 14 zusammengefaßt. Der Antriebsblock 14 ist zu einer senkrechten Achse 15 im wesentlichen symmetrisch gestaltet. In Querrichtung ist der Antriebsblock 14 auf jeder Seite über je ein Federelement 16 und ein Dämpfungselement 17 mit den Längsträgern 2 des Drehgestellrahmens 1 verbunden, wobei die

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aus je einem Feder- und Dämpfungselement 16 bzw. 17 bestehenden Einheiten von der senkrechten Achse 15 in Längsrichtung einen Abstand 1, untereinander also einen Abstand von - wie in Fig. 1 dargestellt - 2 1 ^r : aufweisen.

Für die Kraft- bzw. Drehmomentübertragung von dem Antriebsblock 14 zu den Achsen 4 kann grundsätzlich jede geeignete bekannte Lösung vorgesehen werden, sofern sie die für eine optimale Auslegung erforderlichen Feder- und Dämpfungskennwerte aufweist. Bei den in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen ist eine in ihrer Ausführung bekannte Hohlwelle 18 vorgesehen, die auf der einen Seite am Antriebsblock 14 . bzw. am Getriebe 22 bzw. 30 und auf der anderen Seite an der Welle 4 bzw. dem Rad 5 kardanisch angelenkt ist. Die axial wirksamen Feder- und Dämpfungseigenschaften der kardanischen Kupplungen der Hohlwelle 18 sind in Fig. 1 in einem Ersatzsystem, bestehend aus je einem Feder- und Dämpfungselement 19 bzw. 2O, angedeutet.

Durch die beschriebene Anordnung der Feder- und Dämpfungselemente 16, 17 bzw. 18, 19 ist der Antriebsblock 14 sowohl translatorisch in Querrichtung als auch rotatorisch um die senkrechte Achse 15 gegenüber dem Drehgestellrahmen 1 beweglich gelagert.

. Der Antriebsblock 14 ist in Längsrichtung und in Bezug auf seine eigene Längsachse/über (nicht dargestellte) bekannte gummi-elastische Elemente im Drehgestellrahmen 1 gelagert, durch die dem Antriebsblock 14 gegenüber dem' Drehgestellrahmen 1 in den genannten Bewegungsrelationen

3Q nur geringe Bewegungsmöglichkeiten gegeben sind. Die senkrechte Anlenkung des An~

in Bezug auf seine eigene Längsachse

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triebsblocks 14 an den Drehgestellrahmen 1 kann in bekannter Weise mittels Pendellenker,· wie sie in den Fig. 2 und 3 dargestellt sind, erfolgen, so daß die oben beschriebenen Bewegungen in der horizontalen Ebene möglich sind.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt jeder Radsatz 4_r 5 einen getrennten Antrieb. Jeder Antrieb besteht aus einem Motor 21, dem Getriebe 22 und der Hohlwelle 18. Die Motoren 21 sind über Pendel 23 an den Holmen 24 einer brückenartigen Querverbindung 25 des Drehgestellrahmens 1 aufgehängt und mit Hilfe von Drehmomentstützen 26 über einen Bolzen 27 in Längsrichtung an den Querverbindüngen 3 des Drehgestellrahmens 1 angelenkt. Durch die Pendelaufhängung ist eine Bewegung der Motoren in Querrichtung gegeben, durch die Bolzen 27 ist je eine senkrechte Drehachse für jeden Antriebsblock 21 , 22 bestimmt. Die als Zylinder dargestellten Einheiten, bestehend je aus einem Federelement 16 und einem Dämpfungselement 17, sind zu beiden Seiten zwischen den Motoren 21 und den Längsträgern 2 des Drehgestellrahmens 1 angeordnet.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei getrennte Antriebe, bestehend aus je einem Motor 21, einem Getriebe 22 und einer Hohlwelle 18, vorgesehen. Diese Antriebe sind durch ein Rahmengestell 28 - schwingungstechnisch gesehen - zu einem Antriebsblock zusammengefaßt. Das Rahmengestell 28 ist in der bereits beschriebenen Weise über Pendel

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am Drehgestellrahmen 1 angehängt und in Querrichtung über als Zylinder dargestellte Einheiten, bestehend aus.je einem Federelement TB und einem Dämpfungselement 17, gegen den Drehgestellrahmen 1 abgestützt.

Der auf dem Rahmengestell 28 zusammengefaßte Antrieb kann sich somit sowohl translatorisch in Querrichtung als auch rotatorisch um die durch die Mitte des Rahmengestells 28 gegebene senkrechte Achse 15 bewegen. Bei dem in Fig. 4 und 4a dargestellten Ausführungsbeispiel ist wiederum ein einziger Antriebsblock, bestehend aus einem Motor 29 und zwei Ächsgetrieben :.,3O vorgesehen. Der Motor 29 ist wiederum über Pendel 31 an den Drehgestellrahmen 1 aufgehängt, im Unterschied zu den bisherigen Ausführungsbeispielen sind die Pendel 31 an ihrem oberen Ende jedoch über verdrehsteife Verbindungen 32 an Drehstabfedern 33 befestigt, wobei die Drehstabfedern 33 in auf der Querverbindung 25 angeordneten Lagern drehbar sind. Die aus je einem Feder- und einem Dämpfungselement 16 bzw. 17 bestehenden, 7-als Zylinder dargestellten Einheiten sind in Querrichtung mittig zwischen den Achsen 4 in einer Flucht angeordnet. Mit dieser Anordnung wird der Vorteil ermöglicht, die Feder- und Dämpfungselemente für die translatorische Bewegung des Antriebsblqcks 29, 30 in Querrichtung und die rotatorische Bewegung um die senkrechte Achse 15 getrennt dimensionieren zu können. Bei der translatorischen Bewegung drehen sich die Drehstabfedern 33 mit den Pendeln 31 in ihrem ursprünglichen, nicht verformten Zustand in den Lagern 34. Die Feder- und Dämpfungseigenschaften sind durch die aus den Feder- und Dämpfungselementen 16 bzw. 17 bestehenden Einheiten · gegeben. Bei der rotatorischen Bewegung machen die beiden auf jeder Seite befindlichen Pendel 31 gegenläufige

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Ausschläge, so daß die Drehstabfedern 33 verdreht werden und auf den Antriebsblock 29, 30 eine Rückstellkraft ausüben. Die für die Drehbewegung des Antriebsblocks vorgesehene Dämpfung wird durch mindestens ein Dämpfungselement 35 - wie in Bild 4a dargestellt - verwirklicht. Bei der Drehbewegung des Antriebsblocks bleiben die aus den Feder- und Dämpfungselementen 16 bzw. 17 bestehenden Einheiten praktisch inaktiv, bei der translatorischen Bewegung sind die Drehstabfedern 33 und das bzw. die Dampfungselemente 35 inaktiv.

Für ein Schwingungsmodell entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 durchgeführte Berechnungen haben nach Optimierung der Feder- und Dämpfungskennwerte bei vorgegebenen Massen kritische Fahrgeschwindigkeiten ergeben, die weit über denjenigen für Schienenfahrzeuge liegen, die mit Drehgestellen bisher bekannter Art ausgerüstet sind.

-JJ-

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Claims

Ansprüche r

1J Drehgestell-Schienenfahrzeug mit mindestens einem Antriebsaggregat, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die Antriebsaggregate (14; 21; 29) innerhalb des Drehgestellrahmens (1) in Querrichtung im wesentlichen um den gleichen Ausschlag translatorisch und um eine senkrechte Achse (15) im wesentlichen um den gleichen Drehwinkel rotatorisch bewegbar sind wie der Drehgestellrahmen (1) im Gleis (6) , wobei das bzw. die Antriebsaggregate in Querrichtung über mindestens ein Feder- und ein Dämpfungselement Cl 6; 0 7) mit dem Drehgestellrahmen CD verbunden sind.
2. Drehgestell-Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federsteifigkeit des bzw. der Federelemente (16) derart gering bemessen sind, daß die quer zur Fahrtrichtung gerichteten translatorischen Schwingungen des bzw. der Antriebsaggregate (14; 21; 29) gegenüber dem Drehgestellrahmen (1) und daß die entsprechenden Drehschwingungen um die senkrechte Achse (15) Eigenfrequenzen bis maximal etwa 5 Hz aufweisen.
3. Drehgestell-Schienenfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungskennwerte des bzw. der Dämpfungselemente (17) an Frequenzen und Amplituden der Schwingungen des bzw. der Antriebsaggregate (14; 21; 29) derart angepaßt sind, daß das Gesamtsystem eines Drehgestells bis zu einer vorgebbaren Höchstgeschwindigkeit schwingungstechnisch stabil ist.

EV 32/78

MK/Ro
17.8.1978 - 1 -

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4. Drehgestell-Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die translatorische Bewegung des bzw. der Antriebsaggregate (14; 21, 28; 29, 30) und für die rotatorische Bewegung um dessen bzw. deren senkrechte Drehachse (15) getrennte Systeme von Feder- und Dämpfungselementen (16, 17; 33, 35) vorgesehen sind.
5. Drehgestell-Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die Antriebsaggregate (14; 21; 29) über Pendel (23, 31) am Drehgestellrahmen (1) aufgehängt sind.
6. Drehgestell-Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche

1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Drehgestell lediglich einen einzigen Antriebsblock (14; 21, 28; 29, 30) aufweist.
7. Drehgestell-Schienenfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die quer ausgerichteten Feder- und Dämpfungselemente (16, 17) zwischen dem Antriebsblock (14; 21, 28; 29, 30) und dem Drehgestellrahmen

(1) an Lagerstellen angelenkt sind, die - in Längsrichtung gesehen - einen Abstand (2 1) voneinander aufweisen und symmetrisch zur senkrechten Drehachse (15) des Antriebsaggregats angeordnet sind.
8. Drehgestell-Schienenfahrzeug nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die das Antriebsaggregat (29, 30) haltenden Pendel (31) über verdrehsteife Ver-

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bindungen (32) an Drehstabfedern (33) befestigt sind, die wiederum auf dem Drehgestellrahmen (1) gelagert sind und daß in Querrichtung zwischen dem Antriebsblock (29, 30) und dem Drehgestellrahmen (1) ausgerichtete, jeweils aus einem Feder- und einem Dämpfungselement (16; 17) bestehende Einheiten in einer Flucht mittig zum Antriebsblock (29, 30) angeordnet sind.

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