Variabler Dämpfer

Fahrzeugtechnik

Schwingungsdämpfung – Die Einstellung der Elastizität des Achslenkerlagers am Drehgestell von Schienenfahrzeugen war bisher immer ein Kompromiss. Eine neuartige Lösung ermöglicht erstmals die Kombination eines verschleißarmen Kurvenlaufs mit hoher Stabilität beim Geradeauslauf.

31. August 2010

Ein Problem bei der Konstruktion von Schienenfahrzeugen ist die optimale Einstellung der Steifheit des Achslenkerlagers am Drehgestell. So ist eine Grundvoraussetzung für einen verschleiß- und geräuscharmen Lauf in Kurven, dass sich die Radsätze radial einstellen lassen: Dies verringert den Anlaufwinkel der Räder zur Schiene und minimiert auf diese Weise die Kräfte zwischen Rad und Schiene und damit den Verschleiß an beiden Komponenten drastisch. Um das Einstellen der Räder zu ermöglichen, muss das Achslenkerlager bei der Kurvenfahrt deshalb eine möglichst geringe Längssteifigkeit aufweisen. Auf gerader Strecke dagegen erfordert ein ruhiger Lauf vor allem bei höheren Geschwindigkeiten eine sehr hohe Steifigkeit des Achslenkerlagers.

Diese gegensätzlichen Anforderungen an das Achslenkerlager führten in der Vergangenheit immer zu Kompromisslösungen. Der Schwingungstechnikspezialist Freudenberg Schwab im brandenburgischen Henningsdorf nordwestlich von Berlin hat jetzt jedoch eine Lösung vorgestellt, mit der sich das Fahrverhalten von Schienenfahrzeugen sowohl in der Kurvenfahrt als auch in der Geradeausfahrt gleichzeitig optimieren lässt. Das neu entwickelte hydraulische Achslenkerlager (HALL) kombiniert eine niedrige Längssteifigkeit für die Kurvenfahrt mit hoher Steifigkeit für die Geradeausfahrt in einem einzigen Bauteil. Trotz der ungewöhnlichen Eigenschaften der Neuentwicklung blieben dabei jedoch die Baumaße unverändert, sodass sich auch bestehende Fahrzeuge problemlos mit dem neuen Lager nachrüsten lassen.

Gelungen ist diese »Quadratur des Kreises« mit Hilfe eines integrierten hydraulischen Wirkapparats, der die Längssteifigkeit frequenzabhängig verändert: Während konventionelle Lager eine unveränderliche Längssteifigkeit von ungefähr 20 kN/mm bieten, steht bei dem neuen hydraulischen Achslenkerlager bei niedrigfrequenten Schwingungsanregungen – also bei der Ein- und Ausfahrt von Kurven – eine niedrige Längssteifigkeit von nur 6,9 bis 7,4 kN/mm zur Verfügung, sodass sich die Radsätze kurvenkonform einstellen können. Bei Anregungsfrequenzen oberhalb von zwei bis drei Hertz, wie sie bei höheren Geschwindigkeiten auftreten, steigt die Lagersteifigkeit dann sprunghaft auf 28,5 bis 31 kN/mm an und ermöglicht so eine optimierte Fahrdynamik der Fahrgestelle. Andere Varianten zeigen sogar eine Spreizung von 3,5 kN/mm auf 34 kN/mm. Durch die individuelle Konstruktion des Lagers lässt sich zudem die Übergangsfrequenz für den Steifigkeitswechsel sehr fein einstellen. Die Quersteifigkeit bleibt dabei immer vergleichbar zu konventionellen Lagern.

Das hydraulische Achslenkerlager gewährleistet auf diese Weise, dass die Längssteifigkeit des Fahrgestells automatisch sowohl an die Erfordernisse der Kurvenfahrt wie auch an die Dynamik bei hohen Geschwindigkeiten optimal angepasst wird. Der schonende Lauf der Räder in allen Betriebsarten verlängert in der Folge die Standzeiten der Radsätze sowie die Liegedauer der Schienen und reduziert damit die Revisions- und Unterhaltskosten von Schienenfahrzeugen und -netzen dramatisch.

Nach fünfjährigen erfolgreichen Betriebsversuchen im Feld und umfangreichen Prüfstandsuntersuchungen testet der Hersteller das HALL nun in weiteren Betriebsversuchen für den Serieneinsatz noch im Jahr 2010. Das Testprogramm umfasst sowohl Kurven- wie auch Stabilitätsfahrten im Vergleich zu den Ergebnissen mit konventionellen Lagern. Da die Neuentwicklung problemlos in vorhandene Lager-Bauräume passt und gegen vorhandene Achslenkerlager getauscht werden kann, lassen sich die Vorteile schon innerhalb kürzester Zeit nutzen. Wirtschaftlichkeitsanalysen zeigen, dass sich das HALL beispielsweise in Großbritannien mit den verschleißabhängigen und an der Längssteifigkeit bemessenen Trassengebühren bereits nach kurzer Zeit amortisieren kann.

Henrik M. Egeter, Freudenberg Schwab/bt

Fakten

-Die Freudenberg Schwab GmbH in Hennigsdorf wurde 1999 als Joint-Venture der Weinheimer Freudenberg-Gruppe und der Schwab Schwingungstechnik AG aus Aldiswil in der Schweiz gegründet.

-Das Unternehmen ist spezialisiert auf Schwingungstechnik, Kinematik und Akustik und beliefert vor allem den Schienenfahrzeugbau.

Erschienen in Ausgabe: 06/2010