1. 11. Internationale
Schienenfahrzeugtagung
Dresden
23. bis 25. Februar 2011
Tagungssektion 21
Dr. Detlef Cordts
Freudenberg Schwab GmbH, Hennigsdorf
Bruno Meier
Schwab Schwingungstechnik AG, Adliswil (CH)
Hydraulisches Achslenkerlager (HALL) für eine
breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich

2. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL) für
eine breite Anwendung im
Schienenfahrzeugbereich
Dr. Detlef Cordts, Freudenberg Schwab GmbH
und
Bruno Meier, Schwab Schwingungstechnik AG
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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 HALL
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4. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL)
für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich
1. 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.
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5. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL)
für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich
1.1 Problemstellung; starker Verschleiss in engen Bögen
Verschleissbilder von Kehrtunnels am Gotthard, Liegedauer: wenige Jahre
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6. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL)
für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich
1.1 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 Lärm
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7. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL)
für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich
1.1 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]
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8. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL)
für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich
1.2 Problemstellung; Oberflächenschäden durch Rollkontaktermüdung
Rolling Contact Fatigue (RCF)
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9. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL)
für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich
1.2 Problemstellung; Rollkontaktermüdung, Rolling Contact Fatigue
(RCF)
Rissinitiierung an der Oberfläche
Ausbrüche in der Oberfläche,
hervorgerufen durch unter der
Oberfläche parallel wachsende Risse.
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10. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL)
für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich
1.2 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. 2010
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11. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL)
für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich
1.2 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. 2010
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12. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL)
für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich
1.3 Analyse der Bewegungen des Radsatzes
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13. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL)
für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich
1.4 Konstruktionsprinzipien
Spezielle Lösungen für spezielle Bedürfnisse, häufig
bleiben es Unikate
Aufwendig und teuer in der Beschaffung
und unterhaltsintensiv
Spezielle Anwendung, nachträglicher
Einbau nicht möglich
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14. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL)
für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich
1.4 Konstruktionsprinzipien
Steifigkeit Cx
Weich und….. mit Radsatzkoppelung stabil
0 1 2 3 4 5
Frequenz [Hz]
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15. Hydraulisches Achslenkerlager (HALL)
für eine breite Anwendung im Schienenfahrzeugbereich
1.5 Idealer Steifigkeitsverlauf
Steifigkeit Cx
0 1 2 3 4 5
Frequenz [Hz]
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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]
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17. Funktionsprinzip
HYDRO 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.
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18. Funktionsprinzip
Aufbau aus
•Statisch tragendem
Elastomerkörper
•Membranen
•Hydraulikkammern
•Verbindungskanälen
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19. Funktionsprinzip
• Einfacher, robuster Aufbau
• Geringe statische Steifigkeit bei tieffrequenten Anregungen
• Hohe dynamische Steifigkeit bei Anregungsfrequenzen oberhalb ca. 2 - 3 Hz
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20. Funktionsprinzip
Bei Belastung mit niedrigen
Frequenzen freier Austausch
zwischen den Hydraulikkammern.
Grundsteifigkeit des
Elastomers
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21. Funktionsprinzip
Bei Belastung mit hohen
Frequenzen blockierter
Austausch zwischen den
Hydraulikkammern.
Grundsteifigkeit des
Elastomers plus
Membransteifigkeit
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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.
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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.
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24. Funktionsprinzip
Aufbau aus
•Statisch tragendem
Elastomerkörper
•Membranen
•Hydraulikkammern
•Verbindungskanälen
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25. HALL - Flexibilität in der Ausführung
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26. HALL - Flexibilität in der Ausführung
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27. HALL - Flexibilität in der Ausführung
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28. Funktionsprinzip
Aufbau aus
•Statisch tragendem
Elastomerkörper
•Membranen
•Hydraulikkammern
•Verbindungskanälen
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29. HALL - Flexibilität in der Ausführung
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30. HALL - Flexibilität in der Ausführung
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31. Funktionsprinzip
Aufbau aus
•Statisch tragendem
Elastomerkörper
•Membranen
•Hydraulikkammern
•Verbindungskanälen
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32. HALL - Flexibilität in der Ausführung
Rad 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 32 Alle Rechte vorbehalten.
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34. HALL - Flexibilität in der Ausführung
Im Standarddesign mit 190 mm Aussendurchmesser sind mehrere Designs
ausgeführt.
Durchmesser bis hinab zu 132 mm wurden per FEM untersucht und sind
in einem Achslenkerdesign einsetzbar.
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35. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.
Dr. Detlef Cordts, Freudenberg Schwab GmbH
und
Bruno Meier, Schwab Schwingungstechnik AG
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