2107 cordts meier

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  • 1. 11. Internationale Schienenfahrzeugtagung Dresden23. bis 25. Februar 2011 Tagungssektion 21Dr. Detlef CordtsFreudenberg Schwab GmbH, HennigsdorfBruno MeierSchwab Schwingungstechnik AG, Adliswil (CH)Hydraulisches Achslenkerlager (HALL) fr einebreite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich

2. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL) fr eine breite Anwendung im SchienenfahrzeugbereichDr. Detlef Cordts, Freudenberg Schwab GmbHundBruno Meier, Schwab Schwingungstechnik AGRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 1 3. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL)fr eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich Inhalt, Gliederung 1. Anforderungen aus der Spurfhrungstechnik an die Radsatzfhrung imDrehgestell1.1Problemstellung Kurvenlauf1.2Problemstellung Rollkontaktermhung (RCF)1.3Bewegungen des Radsatzes1.4Konstruktionsprinzipien1.5Idealer Steifigkeitsverlauf1.6Die Lsung HALL 2. Funktionsprinzip des HALL 3. Flexibilitt in der Ausfhrung 4. Einbau des HALLRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 2 2 4. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL)fr eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich1. Anforderungen aus der Spurfhrungstechnik an die Radsatzfhrung im DrehgestellSchnell und stabil Kurvenfreundlich, gleisschonend Dies sind sehr komplexe und auch widersprchliche Anforderungen, deren Realisierung in ein und demselben Fahrzeug hohe Anforderungen an die Ingenieurskunst stellen.Rad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 33 5. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL)fr eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich1.1 Problemstellung; starker Verschleiss in engen BgenVerschleissbilder von Kehrtunnels am Gotthard, Liegedauer: wenige JahreRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 4 4 6. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL)fr eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich1.1 Lsung; radial einstellende Radstze Fahrwerke mit radial einstellenden Radstzen fhren zu einem deutlich besseren Fahrverhalten in den Kurven. Dies zeigt sich in:Reduktion der Anlaufwinkel des Rades an dieSchieneReduzierten Rad-Schiene KrftenReduziertem Verschleiss an Rad und SchieneReduziertem LrmRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 5 5 7. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL)fr eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich1.1 Lsung; radial einstellende RadstzeVergleich Einstellwinkel fhrende Achse CX konventionell = 20 kN/mm konventionell ------ HALL ------CX HALL = 7 kN/mm 5 4 dga.RS1 (BETAA01) [mrad] 3 21Fahrtrichtung 0 -1 -2 -3 -4 -5-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4Krmmung [1/km]Rad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 66 8. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL)fr eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich1.2 Problemstellung; Oberflchenschden durch Rollkontaktermdung Rolling Contact Fatigue (RCF)Rad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 7 7 9. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL)fr eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich1.2 Problemstellung; Rollkontaktermdung, Rolling Contact Fatigue (RCF) Rissinitiierung an der OberflcheAusbrche in der Oberflche,hervorgerufen durch unter derOberflche parallel wachsende Risse.Rad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 8 8 10. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL)fr eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich1.2 Lsung, weiche Radsatzfhrung Modellierung einer originalen Kurve mit R = 1500m (Hatfield)High railOriginal predictions for Mk4 Direction of Clusters of RCF cracks predictedtraffic on gauge shoulder of railMk4 with HALL bushHigh railFolie von Mark Burstov, Analysis of the performance of the HALL bush, Dez. 2010Rad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 9 9 11. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL)fr eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich1.2 Lsung, weiche Radsatzfhrung Modellierung einer originalen Kurve mit R = 1500m (Hatfield) Totale Schdigung wird etwa um den Faktor 10 reduziert! Folie von Mark Burstov, Analysis of the performance of the HALL bush, Dez. 2010Rad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 1010 12. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL)fr eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich1.3 Analyse der Bewegungen des RadsatzesRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 1111 13. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL)fr eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich1.4 Konstruktionsprinzipien Spezielle Lsungen fr spezielle Bedrfnisse, hufig bleiben es Unikate Aufwendig und teuer in der Beschaffung und unterhaltsintensivSpezielle Anwendung, nachtrglicherEinbau nicht mglichRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 1212 14. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL)fr eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich1.4 KonstruktionsprinzipienSteifigkeit Cx Weich und..mit Radsatzkoppelung stabil 01 2 3 45Frequenz [Hz]Rad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 13 13 15. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL)fr eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich1.5 Idealer SteifigkeitsverlaufSteifigkeit Cx 0 12 3 4 5Frequenz [Hz]Rad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 14 14 16. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL)fr eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich 1.6 Die Lsung Hydraulisches Achs-Lenker-LagerSteifigkeit Cx 012 3 45 Frequenz [Hz]Rad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 1515 17. FunktionsprinzipHYDRO BUCHSEN UND -LAGER Elastomerfedern mit integriertemhydraulischen System. Hohe Dmpfung in einem ausge-whlten niedrigen Frequenzbereichund akustische Entkopplung beihohen Frequenzen. Anwendung seit Jahrzehnten alsMotor- und Kabinenlager. Hydro-Buchsen und -Lager knnenin einem weiten Bereich spezifischenAnforderungen angepasst werden.Weiterentwicklung mit dem Zieleines groen Steifigkeitssprungs.Rad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 16 18. FunktionsprinzipAufbau ausStatisch tragendem ElastomerkrperMembranenHydraulikkammernVerbindungskanlenRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 17 19. Funktionsprinzip Einfacher, robuster Aufbau Geringe statische Steifigkeit bei tieffrequenten Anregungen Hohe dynamische Steifigkeit bei Anregungsfrequenzen oberhalb ca. 2 - 3 HzRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 18 18 20. FunktionsprinzipBei Belastung mit niedrigenFrequenzen freier Austauschzwischen den Hydraulikkammern. Grundsteifigkeit desElastomersRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 19 21. FunktionsprinzipBei Belastung mit hohenFrequenzen blockierterAustausch zwischen denHydraulikkammern. Grundsteifigkeit desElastomers plusMembransteifigkeitRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 20 22. Betriebserfahrung und Versuche1. Betriebsversuche 2003 2007 auf Reisezugwagen der IC2000 und EC-Flotte der SBB 36 HALL, Laufleistung 1,3 Mio km ohne Schden.2. Prfung auf Prfstnden der TU HH Harburg Zwei der Teile aus den Betriebsversuchen 2003-2007 wurden einer verschrften Prfung auf Prfstnden der TU HH Harburg unterzogen. Mit verschiedenen Prfzyklen stellten wir noch eine Restlebensdauer fest, die in etwa 8 Mio. km S-Bahnbetrieb in Deutschland entspricht.3. 1-jhrigen Betriebsversuch in der Schweiz Weitere 8 dieser Teile wurden nach der ausgiebigen Kontrolle in einen weiteren, ca. 1-jhrigen Betriebsversuch gegeben, bei denen auch das Verhalten in Triebfahrwerken eines Nahverkehrszuges untersucht wurde.4. Betriebsversuch mit 16 Teilen in Grobritannien, Coach MK4 Seit September 2009 luft ein weiterer Betriebsversuch mit 16 Teilen in Grobritannien, bei dem regelmig die Radprofile aufgenommen werden.5. Betriebsversuch mit 16 Teilen in Grobritannien DESIRO Seit November 2010 ein weiterer Betriebsversuch mit 16 Teilen in Grobritannien6. Versuch mit Class 185 Kollektiv an einer DESIRO Variante. Mit diesem sehr harten Kollektiv wurde eine Lebensdauer von 3,8 Mio km auf dem Prfstand erreicht.Rad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 21 21 23. HALL - Flexibilitt in der AusfhrungMit dem Grundkonzept des HALL lassen sich die verschiedensten Varianten an Steifigkeiten und Schaltzeiten zusammenstellen.Grundstzlich interessant sind dabei:a) Das Steifigkeitsverhltniss Cx/Cy statischb) Der Steifigkeitssprung zwischen Cx statisch und Cx dynamischc) Die Schaltfrequenz zwischen Cx statisch und Cx dynamischd) Ein integrierter Anschlagpuffer, der bei sehr weicher Grundsteifigkeit in x-Richtung die Wege begrenzt.e) Die absoluten Abmae und die Austauschkompatibilitt mit bestehenden Bauteilen.Rad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 22 22 24. FunktionsprinzipAufbau ausStatisch tragendem ElastomerkrperMembranenHydraulikkammernVerbindungskanlenRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 23 25. HALL - Flexibilitt in der AusfhrungRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 24 24 26. HALL - Flexibilitt in der AusfhrungRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 25 25 27. HALL - Flexibilitt in der AusfhrungRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 26 26 28. FunktionsprinzipAufbau ausStatisch tragendem ElastomerkrperMembranenHydraulikkammernVerbindungskanlenRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 27 29. HALL - Flexibilitt in der AusfhrungRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 28 28 30. HALL - Flexibilitt in der AusfhrungRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 29 29 31. FunktionsprinzipAufbau ausStatisch tragendem ElastomerkrperMembranenHydraulikkammernVerbindungskanlenRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 30 32. HALL - Flexibilitt in der AusfhrungRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 31 31 33. Einbau des HALL in der Achsschwinge Schwab Schwingungstechnik AG & Freudenberg Schwab GmbH.Rad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 32Alle Rechte vorbehalten.32 34. HALL - Flexibilitt in der AusfhrungIm Standarddesign mit 190 mm Aussendurchmesser sind mehrere Designsausgefhrt.Durchmesser bis hinab zu 132 mm wurden per FEM untersucht und sindin einem Achslenkerdesign einsetzbar.Rad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 33 35. Vielen Dank fr Ihre Aufmerksamkeit.Dr. Detlef Cordts, Freudenberg Schwab GmbHundBruno Meier, Schwab Schwingungstechnik AGRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 34