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Einrichtung zur kurvengerechten Steuerung von Laufwerken von
Schienenfahrzeugen
Um auch mit Schienenfahrzeugen grosser Länge Kurven durchfahren zu können, werden sie mit ein- oder mehrachsigen Deichsel-oder Drehgestellen ausgerüstet. Die Deichsel- oder Drehgestelle sind hori- zontal gegenüber dem Wagenkasten schwenkbare Laufwerke, die sich in der Regel unter der Wirkung des Spurkranzdruckes mehr oder weniger kurvengerecht einstellen. Die kurvengerechte Einstellung der Lauf- werke unter der Wirkung des Spurkranzdruckes führt zu einem Spurkranzverschleiss, der mit kleiner wer- dendem Krümmungshalbmesser der Kurven und zunehmender Geschwindigkeit grösser wird. Insbesondere bei vorauslaufenden Achsen kann der Spurkranzverschleiss erheblich sein. Bei besonders engen Kurven und hohen Fahrgeschwindigkeiten kann sogar Entgleisungsgefahr bestehen.
Um den Spurkranzverschleiss und die Entgleisungsgefahr zu verringern, ist es bereits bekanntgewor- den, die Laufwerke zwangsweise kurvengerecht zu steuern. Beim Durchfahren der Kurven werden die
Laufwerke von Hand oder mittels selbsttätig wirkender Vorrichtungen so gesteuert, dass die Spurkranzfüh- rungsdrücke gering werden. Mit dem Geringerwerden der Spurkranzführungsdrücke sinkt zwangsläufig der
Spurkranzverschleiss.
Die kurvengerechte Steuerung der Laufwerke erfolgt mittels längenveränderlicher Glieder zwischen dem Laufwerk und dem Wagenkasten. Zunehmende und abnehmende Längenänderungen der längenverän- derlichen Glieder führen zu Schwenkbewegungen des Laufwerkes um die lotrechte Drehachse in der einen oder andern Schwenkrichtung, entsprechend dem Durchfahren einer Rechts- oder Linkskurve.
Als längenveränderliche Glieder sind bisher mechanisch oder hydraulisch arbeitende Bauteile bekanntgeworden. Diese Bauteile selbst sowie die Einrichtungen zu ihrer Bedienung sind aufwendig, so dass die kurvengerechte Steuerung von Laufwerken bisher in grösserem Umfang keinen Eingang in die Praxis gefunden hat. Der Aufwand ist insbesondere bei den mechanischen Einrichtungen gross, während die Anwendung hydraulisch betätigter Mittel an sich bei Eisenbahnfahrzeugen selten ist, so dass mit der Hydraulik ein für den praktischen Bahnbetrieb zumindest ungewöhnlicher Energieträger eingeführt würde.
Bei ebenfalls bekannten Anordnungen mit pneumatischenFedern als längenveränderliche Glieder entfällt zwar dieser zuletzt genannte Nachteil, aber auch diese Anordnungen sind noch aufwendig, weil die Federn aus einem Kolben und einem mit Luft gefüllten Zylinder bestehen und deshalb nur zusammen mit Lenkern und Hebeln anzuwenden sind.
Die Erfindung schlägt deshalb als längenveränderliche Glieder elastische, mit einer regelbaren Gasfüllung versehene Bälge vor, wobei zwischen einem Laufwerk und dem Wagenkasten zwei Bälge angeordnet sind, die für die Geradeausfahrt gleiche, für die Kurvenfahrt verschiedene Gasfüllungen haben.
Die Erfindung arbeitet in der Weise, dass beim Durchfahren einer Kurve jeweils die Füllung der einen Feder verringert und die Füllung der andern Feder vergrössert wird. Durch wechselweise Füllung und Entleerung der beiden Federn können die Schwenkbewegungen des Laufwerkes in den beiden erforderlichen Schwenkrichtungen erzielt werden.
Die erfindungsgemässen pneumatischen Federn ermöglichen die Anwendung eines Energieträgers, der in vielfachem andern Zusammenhang bei Eisenbahnfahrzeugen bereits angewendet wird. Zum Beispiel sind pneumatische Kupplungen und pneumatische Bremsen bei Eisenbahnfahrzeugen üblich. An die für diese Vorrichtungen bereits vorhandenen pneumatischen Einrichtungen muss die Einrichtung gemäss der Er-
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findung lediglich in zweckentsprechender Weise angeschlossen werden. Die Einrichtung gemäss der Er- findung arbeitet also mit einem ohnehin vorhandenen Energieträger und der Aufwand der Einrichtung kann gering sein.
Dies trifft insbesondere bei einem Fahrzeug zu, das mit einer pneumatischen Federung ver- sehen ist, da dort nicht nur für Federung und Steuereinrichtung der gleiche Energieträger, sondern als Federelemente der Federung und als längenveränderliche Glieder der Steuereinrichtung gleiche Bauteile verwendet werden können. Der Vorteil des geringen Aufwandes liegt bei der erfindungsgemässen Einrich- tung besonders deswegen vor, weil die elastischen Bälge unmittelbar mit dem Laufwerkrahmen und dem
Wagenkasten verbunden sein können und besondere Zwischenglieder, wie Hebel und Lenker, die bei den bekannten Anordnungen mit pneumatischen Federn als längenveränderliche Steuerglieder vorhanden sein müssen, nicht erforderlich sind.
Schliesslich besteht ein wesentlicher Vorteil der Erfindung noch darin. dass die Steuerglieder das Lauf- werk federnd führen. Denn die pneumatisch arbeitende Steuervorrichtung gemäss der Erfindung stellt zwar das Laufwerk zuverlässig kurvengerecht ein, bei begrenzter, plötzlicher Änderung der Gleiskrümmung kann sich aber das Laufwerk trotzdem dieser plötzlich veränderten Gleiskrummung entsprechend einstel- len, ohne dass ein regelnder Eingriff vorangegangen sein muss, der bei plötzlicher Änderung der Gleis- krümmung oft auch gar nicht vorausgegangen sein kann. Dieser Vorteil ist bei mechanischen und hydrau- lischen Steuervorrichtungen nicht ohne weiteres gegeben und kann in wesentlichem Masse zur Verrine- rung des Spurkranzverschleisses beitragen.
Er ist bei den bekannten Steuervorrichtungen mit pneumati- schen Federn zwar vorhanden, wird dort aber mit erheblich grösserem Aufwand als bei der Erfindung er- zielt.
Um die Gasverluste beim wechselweisen Füllen der beiden Federelemente gering zu halten, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass die Bälge der beiden pneumatischen Federn bei der Geradeausfahrt des Fahrzeuges in an sich bekannter Weise leitungsmässig miteinander verbunden sind.
Beim Einfahren des Fahrzeuges in eine Kurve werden die beiden Federn leitungsmässig voneinander ge- trennt und die Füllung der einen Feder verringert, die Füllung der andern Feder vergrössert. Beim Aus- fahren aus der Kurve werden die beiden Federn wieder leitungsmässig miteinander verbunden, so dass ein automatischer Gasausgleich zwischen beiden Federn eintritt und das Laufwerk ohne Gasverluste in seine
Normalstellung zum Wagenkasten geschwenkt wird.
Um ein Entgleisen oder zumindest erhöhten Spurkranzverschleiss infolge falscher Steuerung beim Ein- fahren in eine Kurve zu verhindern, schlägt die Erfindung schliesslich vor, dass jedem Federbalg ein selbständig arbeitendes Überdruckventil zum Ablassen von Gas aus dem Balg bei unzulässigem Druckan- stieg zugeordnet ist.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1 - 4 An- ordnungen der Einrichtung gemäss der Erfindung in schematischer Darstellung, die Fig. 5 - 7 die in Fig. 1 dargestellte Anordnung in verschiedenen Gleisstellungen des Laufwerkes, die Fig. 8-10 eine Einzelheit der Einrichtung gemäss der Erfindung und Fig. 11 eine weitere Einzelheit.
Als Laufwerk ist ein zweiachsiges Drehgestell mit dem Drehgestellrahmen 1 und den beiden Radsät- zen 2 schematisch dargestellt (Fig. 1 - 4). Das Drehgestell ist um den lotrechten Drehzapfen 3 des Wa- genkastens 4 in horizontaler Ebene schwenkbar. Zwischen dem Drehgestellrahmen 1 und dem Wagenka- sten 4 sind die längenveränderlichen Glieder der Einrichtung gemäss der Erfindung angeordnet. Es sind dies Gasfedern, die in an sich bekannter Weise aus mit Gas gefüllten Einfaltenbälgen oder aus mit Gas gefüllten Mehrfaltebälgen bestehen, oder als Rollbalggasfedern ausgeführt sein können.
In Fig. 1 ist an jeder Längsseite des Drehgestelles eine Einfaltenbalggasfeder 7 dargestellt, wobei das eine Ende des Fal- tenbalges fest mit dem Drehgestellrahmen 1 und das andere Ende mit dem Wagenkasten fest verbunden sein kann, so dass die Faltenbalggasfeder und entsprechend auch die Rollbalggasfeder eine einfache Lö- sung darstellt. In den Fig. 2 - 4 sind als längenveränderliche Glieder ebenfalls Einfaltenbalggasfedern dargestellt. In Fig. 11 ist als weitere Lösungsmöglichkeit eine Zweifaltenbalggasfeder 7a gezeigt. In der Praxis werden selbstverständlich nur gleiche Federarten bei einem Laufwerk angewendet werden, wie es in den Fig. 2-'7 auch gezeigt ist.
Die Befestigung der vorzugsweise als Faltenbalgfedern ausgebildeten Gasfedern kann an beiden Längsseiten des Drehgestelles unmittelbar zwischen Konsolen 10 des Drehgestellrahmens 1 und Konsolen 11 des Wagenkastens 4 erfolgen (Fig. 1), wobei die Längsachsen der Federn parallel zur Drehgestellängsachse liegen. Ist aus Platzgründen die Anordnung je einer Feder an beiden Längsseiten des Drehgestelles nicht möglich, so können beide Federn auf einer Längsseite des Drehgestelles angeordnet sein (Fig. 2). Die in Fahrtrichtung hintereinanderliegenden Federbälge sind mit ihren einander gegenüberliegenden Enden an einer gemeinsamen Konsole 12 des Drehgestellrahmens 1 befestigt, wogegen die beiden andern Enden der Federbälge an Konsolen 13 des Wagenkastens befestigt sind.
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Selbstverständlich können auch die Konsolen 13 Teile des Drehgestellrahmens 1 und kann die Konsole 12 ein Teil des Wagenkastens 4 sein. Ist an keiner Drehgestellängsseite zur Unterbringung der Feder genü- gend Platz, so können die Federn auch mit in Fahrzeugquerrichtung weisenden Längsachsen an einer (Fig. 3) oder beiden Stirnseiten (Fig. 4) des Drehgestellrahmens angeordnet sein. Die Befestigung erfolgt sinngemäss wie in den Fig. 1 und 2 zwischen Konsolen des Wagenkastens und des Drehgestellrahmens.
Zwischen den beiden Gasfedern 7 eines Drehgestelles, einem Gasspeisebehälter 14 und einem Gas- auffangbehälter 15 ist ein Vierwegeventil 16 angeordnet (Fig. 1). In seiner einen Stellung (Fig. 8) ver- bindet das Vierwegeventil 16 die beiden Gasfedern über seine Bohrung 17 miteinander, wogegen der
Speisebehälter 14 und der Gasauffangbehälter 15 voneinander und von den Gasfedern abgesperrt sind. In seiner zweiten Stellung (Fig. 9) verbindet das Vierwegeventil 16 mit seiner Bohrung 18 die in Fahrtrich- tung 19 gesehen linke Gasfeder mit dem Gasspeisebehälter der in Fahrtrichtung 19 gesehen linken Gasfe- der stärker ausgedehnt als die in Fahrtrichtung 19 gesehen rechte Gasfeder, und das Drehgestell wird kur- vengerecht in eine Rechtskurve eingesteuert (Fig. 6).
In der dritten Stellung (Fig. 10) des Vierwegeven- tils ist die in Fahrtrichtung 19 gesehen rechte Gasfeder stärker ausgedehnt als die linke und das Drehge- stell wird kurvengerecht in eine Linkskurve eingesteuert (Fig. 7). In jeder seiner drei Stellungen ist das
Drehgestell federnd geführt. Durch den Einbau von Reduzierventilen kann erreicht werden, dass die Ein- stellung des Drehgestelles entsprechend der jeweils vorliegenden Kurvenkrümmung vorgenommen wird.
Beim Ausfahren aus einer Kurve wird das Vierwegeventil von einer der beiden Stellungen der Fig. 9,
10 in die Stellung der Fig. 8 umgestellt. Dabei werden der Luftspeisebehälter und der Gasauffangbehälter von den Gasfedern abgesperrt und die beiden Gasfedern des Laufwerkes miteinander verbunden, so dass das Gas von der einen Feder in die andere Feder überströmen kann, ein Druck- und Volumenausgleich zwischen beiden Gasfedern erfolgt und das Drehgestell ohne zusätzliche Zuführung von Gas in seine Nor- malstellung eingeschwenkt wird. Das in den Gasauffangbehälter 15 gelangte Druckgas wird in geeigneter
Weise in den Gasspeisebehälter 14 gefördert.
An die Stelle des Gasauffangbehälters kann in bekannter Weise auch die Atmosphäre treten, so dass das aus dem jeweiligen Federbalg entweichende Gas statt in den Gasauffangbehälter in die Atmosphäre entweicht.
Besonders bei Betätigung des Schwenkhebels 21 von Hand ist der Fall denkbar, dass das Dreiwege- ventil 16 für eine Rechtskurve eingestellt wird, das Fahrzeug aber tatsächlich in eine Linkskurve einfährt oder umgekehrt. Der damit verbundenen Gefahr eines unzulässigen Druckanstieges beugt die Vorrichtung gemäss Fig. 11 vor, die einen unzulässigen Druckanstieg in den Gasfedern verhindert, wenn die Gaszu- fuhr zu den Gasfedern entgegen der Kurvenkrümmung gesteuert wird. Die hier beispielsweise mit einem
Zweifaltenbalg ausgeführte Gasfeder 7a ist an einem Ende mit dem Einspannring 22 an einem Lagerbock
23 des Drehgestellrahmens 1 und am andern Ende mit dem Einspannring 24 an einem Lagerbock 25 des
Wagenkastens 4 befestigt. Die durch den Lagerbock 25 in das Innere des Federbalges 7a hineinragende
Leitung 26 führt zu dem Vierwegeventil 16.
In den Lagerbock 25 ist konzentrisch zum Federbalg 7a ein Rohr 27 eingesetzt, dessen eines Ende nach dem Innern des Federbalges 7a offen ist und an dessen anderem Ende ein Ventilsitz 28 befestigt ist. Der Ventilsitz führt längsverschieblich die Ventilstange 29, die mit ihrem einen Ende in den Ventilteller 30 eingeschraubt ist. Am andern Ende der Ventilstange 29 ist ein Seil 31 befestigt, dessen der Ventilstange 29 abgewendetes Ende an einem Anschlag 32 befestigt ist. An der dem Seil 31 abgewendeten Seite des Anschlages 32 ist eine Wickelfeder 33 eingehängt. Diese
Wickelfeder 33 ist in einem Rohr 34 angeordnet, das in dem Lagerbock 23 des Drehgestellrahmens 1 gehalten und an dem dem Anschlag 32 abgewendeten Ende durch einen Deckel 35 verschlossen ist. In den Deckel 35 ist die Wickelfeder mit dem dem Anschlag 32 abgewendeten Ende eingehängt.
Zwischen dem Anschlag 32 und dem Lagerbock 23 liegt ein Spiel 36 in Längsrichtung der Feder 33 und des Seiles 31 vor. Das Spiel 36 ist durch Verschieben des Anschlages 32 gegenüber dem Seil 31 einstellbar.
Bei der Geradeausfahrt hält die Spannung der Wickelfeder 33 das Ventil 23, 30 geschlossen, d. h. der Ventilteller 30 liegt an dem Ventilsitz 28 an. Das Gas ist im Innern des Federbalges 7a eingeschlossen. Fährt das Fahrzeug in eine Kurve ein und wird in den Federbalg ordnungsgemäss zusätzliches Druckmittel eingeführt, so dehnt sich der Federbalg aus und das Ventil 28,30 bleibt weiter geschlossen. Die Wickelfeder 33 wird zusätzlich gespannt. Fährt das Fahrzeug in eine Kurve ein und wird in dem Federbalg fälschlich zusätzlich Druckmittel eingeführt, so wird unter der Wirkung der vom Spurkranzdruck ausgelösten angenähert kurvengerechten Einstellung des Drehgestelles der Abstand zwischen den Lagerböcken 23, 25 verringert.
Diese Abstandsverringerung in Verbindung mit der zusätzlichen Zufuhr von Druckmittel in den Federbalg 7a führt in diesem zu einem erheblichen Druckanstieg, der den Ventilteller 30 vom Ventilsitz 28 abhebt. Durch die Bohrungen 37 des Ventilsitzes und zwischen dem Ventilsitz und dem
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Ventilteller hindurch kann das pneumatische Druckmittel aus dem Federbalg 7a entweichen. Ein vollständiges Entweichen des pneumatischen Druckmittels aus dem Federbalg 7a ist durch die Wickelfeder 33 verhindert, indem diese zwangsläufig das Ventil 28,30 wieder schliesst, wenn der Druck im Federbalg 7a auf seinen Sollwert gesunken ist.
Die Vorrichtung gemäss Fig. 11 ist selbstverständlich nicht nur dann wirksam, wenn das Drehgestell falsch eingesteuert wird, sondern auch dann, wenn bei richtiger Einsteuerung des Drehgestelles durch irgendwelche Umstände der Druck in dem mit Druckluft beschickten Federbalg unzulässig ansteigt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur kurvengerechten Steuerung von ein-oder mehrachsigen, gegenüber dem Wagenkasten in horizontaler Ebene schwenkbaren Laufwerken von Schienenfahrzeugen mit längenveränderlichen Gliedern zwischen dem Laufwerk und dem Wagenkasten, dadurch gekennzeichnet, dass als längenveränderliche Glieder elastische, mit einer regelbaren Gasfüllung versehene Bälge (7 ; 7a) vorgesehen sind, wobei zwischen einem Laufwerk und dem Wagenkasten zwei Bälge angeordnet sind, die für die Geradeausfahrt gleiche, für die Kurvenfahrt verschiedene Gasfüllungen haben.