(57)【要約】本発明は繊維−合成材料−複合材から成るレール走行車両、特に高速レール走行車両の走行装置の車輪セットをガイドする車輪セットガイドに関する。このガイドはガイド（１）を車輪セットと走行装置のシャーシ（２）に捻りに強いように取り付けるための２つの終端部分（１１、１１’）と、その間に配置された中央部分（１２）とを有し、ほぼ走行方向（Ｘ）に整合された長手軸（１３）および少なくとも部分的に垂直方向（Ｚ）にフラットに形成された断面を備えている。ガイド（１）は垂直の曲げ軸（１５）を備えた少なくとも１つの一体化された可撓性継手（１４）を有しており、簡単な方法で、付加的な継手構成部材なしで、回転の自由度が実現されており、それにより車輪軸受に有害な曲げ負荷がかかるのを防止する。さらに、本発明に基づくガイドは、たとえば狭い許容誤差範囲内で再現可能な、ほとんど温度に依存しない、調節可能な剛性、耐摩耗性、電気絶縁性、高い材料緩衝性および好ましい異常時挙動というような、ガラス繊維−合成材料−複合物のすべての利点を享受する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガイド（１）を一方で車輪セットに、そして他方では台車のフレーム（２）に捩れに強いように取り付けるための２つの終端部分（１１、１１’）と、その間に配置されている、ほぼ走行方向（Ｘ）に整合された長手軸（１３）および少なくとも部分的に垂直方向（Ｚ）にフラットに形成された横断面を備えた中央部分（１２）とを有する、レール走行車両、特に高速レール走行車両の台車内で車輪セットをガイドするための、繊維−合成材料−複合物からなるガイドであって、
ガイド（１）が、垂直の曲げ軸（１５）を備えた少なくとも１つの一体化された可撓性継手（１４）を有していることを特徴とするガイド。
【請求項２】
中央部分（１２）は、可撓性継手（１４）の方向へ細くなる横断面を備えた少なくとも１つの部分（１７、１７’）を有していることを特徴とする請求項１に記載のガイド。
【請求項３】
可撓性継手（１４）は、逆方向に細くなる横断面を備えた２つの部分（１７、１７’）の間に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のガイド。
【請求項４】
可撓性継手（１４）は、ガイドの横断面内の水平のくびれ（１６）として形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のガイド。
【請求項５】
ガイド（１）の横断面は、可撓性継手（１４）の領域内で、少なくとも部分的に水平の横方向（Ｙ）にフラットに形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のガイド。
【請求項６】
ガイド（１）のための材料として、主として単方向に長手軸（１３）の方向へ延びる繊維を有するガラス繊維−合成材料−複合物が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のガイド。
【請求項７】
ガイド（１）の中央部分（１２）は、長手軸（１３）に対して±５°から±６０°の角度で交差する繊維を備えた推力を吸収する層を有していることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のガイド。
【請求項８】
ガイド（１）の終端部分（１１、１１’）は、主として単方向に長手軸（１３）の方向へ延びる繊維を有しており、中央部分（１２）は主として、長手軸（１３）に対して±５°から±６０°の角度で交差する繊維を有していることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のガイド。
【請求項９】
可撓性継手（１４）の領域内のガイド（１）の垂直の曲げ剛性は、他のガイド領域におけるよりも大きいことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のガイド。
【請求項１０】
ガイド（１）のコア内に、長手軸（１３）に対して±５°から±６０°の角度で交差する繊維を有する繊維層からなる、長手軸（１３）の方向へ延びる、少なくとも１つの閉鎖されたトーションパイプが配置されており、ガイド（１）はコアの外部では主として長手軸（１３）の方向へ延びる繊維を有していることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のガイド。
【請求項１１】
ガイド（１）のコアは、一方の終端部分（１１）から他方の終端部分（１１’）へ一貫して高強度なＲ−ガラス繊維またはＳ−ガラス繊維あるいは高強度な、あるいは、高硬度な炭素繊維を有していることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のガイド。
【請求項１２】
終端部分（１１、１１’）に、くさび形状の肥厚部（１８、１８’）が形成されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のガイド。
【請求項１３】
終端部分（１１）に、固定ループ（１９）が形成されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載のガイド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載されたレール走行車両の台車内で車輪セットをガイドするための、繊維−合成材料−複合物からなるガイドに関する。
【０００２】
高速レール交通においては、レール走行車両の台車に特に高い要求がなされる。高速列車の車輪セットガイドの構成部品は、高い負荷にさらされる。それらは、多数年にわたってレール走行車両の安全な走行を日々保証しなければならず、その際に少ない摩耗と保守で機能しなければならない。走行安全性と快適さにとって重要なことは、車輪セットを台車のフレームへリンク結合することである。レール走行車両における車輪セットガイドは、車輪セットを走行方向にもそれに対して横方向においても台車のフレームにリンク結合するために用いられる。
【０００３】
その場合に列車の動特性は、特に許容誤差範囲の狭いガイド剛性を必要とする。ガイドの垂直剛性は、一次弾性変位にできるだけ小さい影響を持つように、極めて小さくすべきである。従って垂直剛性は、そのばね率に関して調整される。優先的な要請は、必要とされる、定められた横剛性を正確、永続的に維持し、それに伴って列車の所望の動的特性が狭い限界内に維持されることである。縦剛性は、高い走行速度のためには、できるだけ高くなければならない。
【０００４】
それにもかかわらず、摩耗の少ない走行のためには縦方向におけるある程度の可撓性が望ましく、それによって車輪セットはカーブ走行において２つの軌条弧の異なる半径によりよく適合することができ、それが車輪の摩耗を減少させる。車輪セット転がり軸受における電流損傷を回避するためには、ガイドが電気的に導通しない材料からなること、あるいはまたそれらが導通しないように車輪セットに軸承されることが望ましい。快適性の理由からは、ガイドはさらに、車輪セットから台車とそれに伴って客車ボックスへ固体伝送音が伝わることとをできるだけ阻止するために、高い緩衝性を持たなければならない。
【０００５】
ＥＰ０３６３５７３Ａ２からは、レール走行車両の台車のための、複合繊維構成部品を有する車輪セットガイドが知られており、その車輪セットガイドは車輪セット軸をガイドするために板ばね状に形成されている。横トルクを伝達するために、ガイドは終端部分において、一方で車輪セット軸受ハウジングに、そして他方では台車のフレームに形状結合および摩擦結合で固定されている。水平の構成部品長手軸に沿って延びる、複合繊維構成部品の中央部分は、板ばねの形状の、垂直方向にフラットに形成された一定の横断面を有している。
【０００６】
このようにガイドの複合繊維構成部品は、垂直には弾性的に撓むが、高度に横および縦剛性である。この公知の車輪セットガイドは、ガイドと軸受ハウジングとの間に回転する自由度は持たず、それによって車輪軸受ハウジングには望ましくない曲げ負荷が供給され、その曲げ負荷は高速レール走行車両においては大きい値をとる。
【０００７】
従って本発明の課題は、ガイドと車輪軸受のハウジングとの間に回転自由度を有する、冒頭で挙げた種類のガイドを提供することである。
【０００８】
この課題は、本発明によれば、請求項１の上位概念に記載のガイドによって解決され、そのガイドにおいてはガイドは、少なくとも中央部分に、垂直の曲げ軸を備えた少なくとも１つの一体化された可撓性継手を有している。それぞれ要請に応じて２つまたはそれより多い、互いに隔てられた、垂直の軸を有する可撓性継手を設けることができ、好ましくは本発明に基づくガイドは、この種の可撓性継手を１つだけ有している。
【０００９】
それによってガイドと車輪軸受ハウジングとの間に回転する自由度が実現され、差のある構造の付加的なリンクを取り付ける必要はない。可撓性継手は−要請に応じて−ガイドの長手方向の延びにわたって任意の位置に取り付けることができる。一体的な繊維−合成材料−複合部品として設けられる、本発明に基づくガイドの形態によって、幾何学配置を介して車輪セットガイドの剛性を所望に調節する可能性が与えられる。
【００１０】
それによって、定められた、狭い許容誤差内で再現可能かつほとんど温度に依存しない剛性をもって、車輪セットを台車のフレームに取り付けることができる。さらに、高い安全基準とわずかな車輪摩耗において、走行速度の増大がもたらされる。ガイドは、レール走行車両の駆動時間が続く間、駆動上強固であることができ、その回転自由度がゴムブッシュによって実現されているガイドとは異なり、摩耗がなく、かつ連続的に保守をし、あるいは定期的なインターバルで交換する必要がないように、形成することができる。
【００１１】
ガラス繊維−合成材料−複合物を使用することによって自動的に、車輪セットの転がり軸受における電流損傷を防止するために望ましい電気的絶縁が得られる。繊維−合成材料−複合物は、スチールに比較してずっと高い材料緩衝性を有しており、それによって本発明に基づくガイドは、車輪セットから台車へ、そしてそれに伴って客車ボックスへの固体音の伝達を大幅に阻止し、従って走行快適性を向上させる。
【００１２】
本発明の好ましい形態においては、ガイドの、特に中央部分は、可撓性継手へ向かって細くなる横断面を備えた少なくとも１つの部分を有している。それによって垂直方向における曲げ柔らかさの効果が増強される。断面を細くすることは、水平の幅をだんだんと狭くすることによって、曲げモーメント推移に従って、ガイドの長手軸に沿って行うことができる。さらに、あるいはその代わりに、可撓性継手の方向へ横断面の垂直の厚みをだんだんと減少させることも可能である。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態においては、可撓性継手は、逆方向に細くなる断面を有する２つの部分の間に配置されている。好ましくは、この実施形態においては、可撓性継手はガイドの中央に位置決めされている。この構成においては、ガイドは好ましい方法で、特に垂直に負荷が伝達される場合にもＳ字状に、水平の横負荷がかかる場合にもＶ字状に、対称に変形される。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態においては、可撓性継手は、ガイドの横断面における水平のくびれとして形成されている。ガイド断面のくびれによって、特に簡単な方法で、垂直の曲げ軸を中心とする曲げ柔らかさの大きい領域とそれに伴って垂直の曲げ軸を有する可撓性継手がガイド内に一体化される。
【００１５】
本発明の特に好ましい形態においては、ガイドの横断面は可撓性継手の領域内で、少なくとも部分的に水平の横方向にフラットに形成されている。それによって、可撓性継手の水平に絞られた断面に、さらに、垂直方向に延びた横断面を再び付加することができ、それによって長手力を伝達する際のリンクの領域における折曲の危険が減少される。
【００１６】
好ましくはガイドのための材料として、主として単方向にガイド長手軸の方向に延びる繊維を有するガラス繊維−合成材料−複合物が設けられている。たとえばＥ−ガラス繊維を有するこの材料は、特によく適している。というのは、剛性が低い場合に特に高い疲労強度を提供するからである。繊維の延びの方向性を介して、種々の空間方向における剛性に対する様々な要請が考慮される。
【００１７】
本発明の好ましい形態においては、ガイドの中央部分は、水平の平面において長手軸に対して±５°から±６０°の角度で交差する繊維を備えた、推進力を吸収する層を有している。このような場合には、可撓性継手をガイド中央に位置決めし、折曲による安定性喪失が排除されるような大きさの断面を設けると、効果的である。それによってガイドは、長手方向に作用する高い押圧力も吸収することができる。
【００１８】
本発明の他の好ましい形態においては、ガイドの終端部分は、主として単方向に長手軸の方向に延びる繊維を有し、中央部分は主として垂直平面において長手軸に対して±５°から±６０°の角度で交差する繊維を有している。この措置によって、同様に、ガイドの中央部分が補強されるので、ガイドはより高い垂直の曲げ強度を有する。
【００１９】
好ましくは、可撓性継手の領域におけるガイドの曲げ強度は、他のガイド領域におけるよりも大きい。それによってそれに応じた小さい断面を有する可撓性継手を形成し、従ってたとえば水平の横方向にもっと絞ることができる。
【００２０】
本発明の他の特に好ましい実施形態においては、ガイドのコア内に、長手軸に対して±５°から±６０°の角度で交差する繊維を有する繊維層からなる、少なくとも１つの長手方向に延びる閉鎖されたトーションパイプが配置されている。さらに、ガイドは、コアの外部においては主として長手軸の方向に延びる繊維を有している。ガイド横断面内にパイプを封入することによって、横剛性と縦剛性の他に、ガイドの長手軸を中心とするねじれ強度が増大され、従って車輪セットガイドの負荷耐性と完全性が向上する。
【００２１】
本発明の他の特に好ましい形態においては、ガイドのコアは一方の終端部分から他方の終端部分へ一貫して極めて強固なＲ−ガラス繊維またはＳ−ガラス繊維あるいは極めて強固な、または極めて固い炭素繊維を有している。そうでない場合に好ましくは使用されるＥ−ガラス繊維においては、この措置によってガイド横断面は、ガラス繊維を特に強固な、あるいは特に固い繊維で代用することによって、特に縦の引っ張りと押圧に対して強化される。
【００２２】
本発明の他の好ましい形態においては、終端部分にくさび形状の肥厚部が形成されている。それによってガイドをフレーム側または軸受側の挟持からの引出しに対する力の導入は、相補形状によってさらに確保される。本発明の選択的な実施形態によれば、終端部分に固定ループが形成されている。ダブルループ接続端は、たとえば主として、ガイドを車輪セットと台車のフレームに捩れに強いように取り付けるために、横力を吸収するのに適している。
【００２３】
発明の他の好ましい特徴を、図面に示す本発明に基づくガイドの実施例を用いて、以下で説明する。
【００２４】
レール走行車両の台車またはボギーは、図１によれば、車輪セットをガイドするために台車の両側に、互いに平行に重なり合って配置された２つのガイド１を有しており、それらガイドは一方では台車のフレーム２に、そして他方では車輪軸受のハウジング３に結合されている。転がり軸受として形成された車輪軸受内に、車輪セットの車輪４の軸が軸承されている。フレーム２は、コイルばねとして形成されている一次ばね５を介して車輪セット上に支持されている。一次ばね５に対して並列に振動ダンパー６が配置されており、それらが一緒になってレール走行車両の車輪に対するフレーム２の垂直のばね運動を特徴づける。
【００２５】
ガイド１の並列配置は、一次ばね５の付加的な曲げ負荷が阻止される、という利点を有している。ガイド１は、端部において捩れに耐えるように挟持されている。締付け力は、２つの重ねて配置されたガイド１の端部に作用する、複合ばね材料からなる締付けリング７を介してもたらされる。ガイド１は、ガイド間の中央に配置されているスチールブロック８上で螺合９を介して、一方で車輪軸受のハウジング３に、そして他方では腕木１０を介して台車のフレーム２に挟持されている。
【００２６】
２つのガイド締付けの一方が平行にガイドされて下降した場合に、ガイド１全体のＳ字状の変形が生じる。ガイド１の長手軸は、ほぼ走行方向Ｘに整合されている。横断面は、真ん中の部分に至るまで、垂直方向Ｚにおいてフラットに形成されている。というのは、ガイド１は車両弾性変位方向にできるだけ柔らかく曲がるべきだからである。
【００２７】
図２によれば、ガイド１は、車輪セットおよび台車のフレームに取り付けるための２つの終端領域１１および１１’と、その間に配置されている中央部分１２とを有している。走行方向Ｘに対して平行に整合されている、ガイド１の長手軸１３に沿って、中央部分１２内には、垂直方向Ｚに延びる曲げ軸１５を有する可撓性継手１４が配置されている。可撓性継手１４は、水平の横方向Ｙに扁平にされた横断面を備えた、水平のくびれ１６として形成されている。それによって可撓性継手１４の領域に、曲げ軸１５を中心に必要な曲げ柔らかさおよび同時にＸ−Ｚ−平面に延びる、ガイド１の高い縦剛性のために十分な大きい断面が生じる。
【００２８】
可撓性継手１４の両側に、長手方向１３に部分１７と１７’が連続しており、それら部分内においてガイド１は、可撓性継手１４の方向へ向かって細くなる断面を有している。その場合に断面の狭まりは、駆動中に発生する曲げモーメント推移に従って、Ｚ方向にもＹ方向にも構成部品厚みが減少することによって得られる。終端部分１１と１１’には、くさび形状の肥厚部１８と１８’が形成されているので、ガイド１の捩れに強い締付けは、締付けリングに基づく摩擦結合によってだけでなく、さらに形状結合によっても得られる。
【００２９】
選択的に、図３に示すように、ガイド１の終端部分１１に２つの固定ループ１９を形成することができる。これらダブルループ接続端は、特に横および縦力とそれによってもたらされる曲げモーメントを吸収するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に基づくガイドを、その組込み環境において示している。
【図２】
本発明に基づくガイドの実施形態を示す斜視図である。
【図３】
本発明に基づくガイドを、図１におけるのとは異なる実施形態において示している。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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