11. Internationale     Schienenfahrzeugtagung             Dresden            23. bis 25. Februar 2011                 Tagu...
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Hydraulisches Achslenkerlager (HALL)    für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich1.3 Analyse der Bewegungen des...
Hydraulisches Achslenkerlager (HALL)    für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich1.4 Konstruktionsprinzipien Sp...
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Funktionsprinzip •      Einfacher, robuster Aufbau •      Geringe statische Steifigkeit bei tieffrequenten Anregungen •   ...
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Funktionsprinzip                                                Bei Belastung mit hohen                                   ...
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HALL - Flexibilität in der AusführungRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 24   24
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HALL - Flexibilität in der AusführungRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 26   26
Funktionsprinzip                                                Aufbau aus                                                ...
HALL - Flexibilität in der AusführungRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 28   28
HALL - Flexibilität in der AusführungRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 29   29
Funktionsprinzip                                                Aufbau aus                                                ...
HALL - Flexibilität in der AusführungRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 31   31
Einbau des HALL in der Achsschwinge                                                     © Schwab Schwingungstechnik AG & F...
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.    Dr. Detlef Cordts, Freudenberg Schwab GmbH    und    Bruno Meier, Schwab Schwingun...
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  1. 1. 11. Internationale Schienenfahrzeugtagung Dresden 23. bis 25. Februar 2011 Tagungssektion 21Dr. Detlef CordtsFreudenberg Schwab GmbH, HennigsdorfBruno MeierSchwab Schwingungstechnik AG, Adliswil (CH)Hydraulisches Achslenkerlager (HALL) für einebreite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich
  2. 2. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL) für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich Dr. Detlef Cordts, Freudenberg Schwab GmbH und Bruno Meier, Schwab Schwingungstechnik AGRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 1
  3. 3. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL) für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich Inhalt, Gliederung 1. Anforderungen aus der Spurführungstechnik an die Radsatzführung im Drehgestell 1.1 Problemstellung Kurvenlauf 1.2 Problemstellung Rollkontaktermühung (RCF) 1.3 Bewegungen des Radsatzes 1.4 Konstruktionsprinzipien 1.5 Idealer Steifigkeitsverlauf 1.6 Die Lösung HALL 2. Funktionsprinzip des HALL 3. Flexibilität in der Ausführung 4. Einbau des HALLRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 2 2
  4. 4. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL) für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich1. Anforderungen aus der Spurführungstechnik an die Radsatzführung im Drehgestell Schnell und stabil Kurvenfreundlich, gleisschonend Dies sind sehr komplexe und auch widersprüchliche Anforderungen, deren Realisierung in ein und demselben Fahrzeug hohe Anforderungen an die Ingenieurskunst stellen.Rad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 3 3
  5. 5. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL) für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich1.1 Problemstellung; starker Verschleiss in engen Bögen Verschleissbilder von Kehrtunnels am Gotthard, Liegedauer: wenige JahreRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 4 4
  6. 6. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL) für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich1.1 Lösung; radial einstellende Radsätze Fahrwerke mit radial einstellenden Radsätzen führen zu einem deutlich besseren Fahrverhalten in den Kurven. Dies zeigt sich in: Reduktion der Anlaufwinkel des Rades an die Schiene Reduzierten Rad-Schiene Kräften Reduziertem Verschleiss an Rad und Schiene Reduziertem LärmRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 5 5
  7. 7. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL) für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich1.1 Lösung; radial einstellende Radsätze Vergleich Einstellwinkel führende Achse CX konventionell = 20 kN/mm konventionell ------ HALL ------ CX HALL = 7 kN/mm 5 4 dga.RS1 (BETAA01) [mrad] 3 2 1 Fahrtrichtung 0 -1 -2 -3 β α -4 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 Krümmung [1/km]Rad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 6 6
  8. 8. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL) für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich1.2 Problemstellung; Oberflächenschäden durch Rollkontaktermüdung Rolling Contact Fatigue (RCF)Rad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 7 7
  9. 9. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL) für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich1.2 Problemstellung; Rollkontaktermüdung, Rolling Contact Fatigue (RCF) Rissinitiierung an der Oberfläche Ausbrüche in der Oberfläche, hervorgerufen durch unter der Oberfläche parallel wachsende Risse.Rad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 8 8
  10. 10. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL) für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich1.2 Lösung, weiche Radsatzführung Modellierung einer originalen Kurve mit R = 1500m (Hatfield) High rail Original predictions for Mk4 Direction of Clusters of RCF cracks predicted traffic on gauge shoulder of rail Mk4 with HALL bush High rail Folie von Mark Burstov, Analysis of the performance of the HALL bush, Dez. 2010Rad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 9 9
  11. 11. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL) für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich1.2 Lösung, weiche Radsatzführung Modellierung einer originalen Kurve mit R = 1500m (Hatfield) Totale Schädigung 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 10 10
  12. 12. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL) für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich1.3 Analyse der Bewegungen des RadsatzesRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 11 11
  13. 13. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL) für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich1.4 Konstruktionsprinzipien Spezielle Lösungen für spezielle Bedürfnisse, häufig bleiben es Unikate Aufwendig und teuer in der Beschaffung und unterhaltsintensiv Spezielle Anwendung, nachträglicher Einbau nicht möglichRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 12 12
  14. 14. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL) für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich1.4 Konstruktionsprinzipien Steifigkeit Cx Weich und….. mit Radsatzkoppelung stabil 0 1 2 3 4 5 Frequenz [Hz]Rad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 13 13
  15. 15. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL) für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich1.5 Idealer Steifigkeitsverlauf Steifigkeit Cx 0 1 2 3 4 5 Frequenz [Hz]Rad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 14 14
  16. 16. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL) für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich 1.6 Die Lösung Hydraulisches Achs-Lenker-Lager Steifigkeit Cx 0 1 2 3 4 5 Frequenz [Hz]Rad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 15 15
  17. 17. FunktionsprinzipHYDRO BUCHSEN UND -LAGER• Elastomerfedern mit integriertem hydraulischen System.• Hohe Dämpfung in einem ausge- wählten niedrigen Frequenzbereich und akustische Entkopplung bei hohen Frequenzen.• Anwendung seit Jahrzehnten als Motor- und Kabinenlager.• Hydro-Buchsen und -Lager können in einem weiten Bereich spezifischen Anforderungen angepasst werden.• Weiterentwicklung mit dem Ziel eines großen Steifigkeitssprungs.Rad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 16
  18. 18. Funktionsprinzip Aufbau aus •Statisch tragendem Elastomerkörper •Membranen •Hydraulikkammern •VerbindungskanälenRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 17
  19. 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. 20. Funktionsprinzip Bei Belastung mit niedrigen Frequenzen freier Austausch zwischen den Hydraulikkammern. Grundsteifigkeit des ElastomersRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 19
  21. 21. Funktionsprinzip Bei Belastung mit hohen Frequenzen blockierter Austausch zwischen den Hydraulikkammern. Grundsteifigkeit des Elastomers plus MembransteifigkeitRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 20
  22. 22. Betriebserfahrung und Versuche 1. Betriebsversuche 2003 – 2007 auf Reisezugwagen der IC2000 und EC-Flotte der SBB 36 HALL, Laufleistung 1,3 Mio km ohne Schäden. 2. Prüfung auf Prüfständen der TU HH Harburg Zwei der Teile aus den Betriebsversuchen 2003-2007 wurden einer verschärften Prüfung auf Prüfständen der TU HH Harburg unterzogen. Mit verschiedenen Prüfzyklen stellten wir noch eine Restlebensdauer fest, die in etwa 8 Mio. km S-Bahnbetrieb in Deutschland entspricht. 3. 1-jährigen Betriebsversuch in der Schweiz Weitere 8 dieser Teile wurden nach der ausgiebigen Kontrolle in einen weiteren, ca. 1-jährigen Betriebsversuch gegeben, bei denen auch das Verhalten in Triebfahrwerken eines Nahverkehrszuges untersucht wurde. 4. Betriebsversuch mit 16 Teilen in Großbritannien, Coach MK4 Seit September 2009 läuft ein weiterer Betriebsversuch mit 16 Teilen in Großbritannien, bei dem regelmäßig die Radprofile aufgenommen werden. 5. Betriebsversuch mit 16 Teilen in Großbritannien DESIRO Seit November 2010 ein weiterer Betriebsversuch mit 16 Teilen in Großbritannien 6. Versuch mit Class 185 Kollektiv an einer DESIRO Variante. Mit diesem sehr harten Kollektiv wurde eine Lebensdauer von 3,8 Mio km auf dem Prüfstand erreicht.Rad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 21 21
  23. 23. HALL - Flexibilität in der Ausführung Mit dem Grundkonzept des HALL lassen sich die verschiedensten Varianten an Steifigkeiten und Schaltzeiten zusammenstellen. Grundsätzlich interessant sind dabei: a) Das Steifigkeitsverhältniss Cx/Cy statisch b) Der Steifigkeitssprung zwischen Cx statisch und Cx dynamisch c) Die Schaltfrequenz zwischen Cx statisch und Cx dynamisch d) Ein integrierter Anschlagpuffer, der bei sehr weicher Grundsteifigkeit in x-Richtung die Wege begrenzt. e) Die absoluten Abmaße und die Austauschkompatibilität mit bestehenden Bauteilen.Rad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 22 22
  24. 24. Funktionsprinzip Aufbau aus •Statisch tragendem Elastomerkörper •Membranen •Hydraulikkammern •VerbindungskanälenRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 23
  25. 25. HALL - Flexibilität in der AusführungRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 24 24
  26. 26. HALL - Flexibilität in der AusführungRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 25 25
  27. 27. HALL - Flexibilität in der AusführungRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 26 26
  28. 28. Funktionsprinzip Aufbau aus •Statisch tragendem Elastomerkörper •Membranen •Hydraulikkammern •VerbindungskanälenRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 27
  29. 29. HALL - Flexibilität in der AusführungRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 28 28
  30. 30. HALL - Flexibilität in der AusführungRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 29 29
  31. 31. Funktionsprinzip Aufbau aus •Statisch tragendem Elastomerkörper •Membranen •Hydraulikkammern •VerbindungskanälenRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 30
  32. 32. HALL - Flexibilität in der AusführungRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 31 31
  33. 33. Einbau des HALL in der Achsschwinge © Schwab Schwingungstechnik AG & Freudenberg Schwab GmbH.Rad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 32 Alle Rechte vorbehalten. 32
  34. 34. HALL - Flexibilität in der AusführungIm Standarddesign mit 190 mm Aussendurchmesser sind mehrere Designsausgeführt.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. 35. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Dr. Detlef Cordts, Freudenberg Schwab GmbH und Bruno Meier, Schwab Schwingungstechnik AGRad Schiene Tagung Dresden 23.2.2011, page 34

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