<Desc/Clms Page number 1>
Zweiachsiges Drehgestell
Die Erfindung betrifft ein zweiachsiges Drehgestell für schnellfahrende Schienenfahrzeuge in Leichtbauweise.
Im modernenEisenbahnwesen wird allgemein die Forderung nach Leichtbau erhoben, um mit grösster Wirtschaftlichkeit möglichst wenig Totlast befördern zu müssen. Da aber der Leichtbau über die Masse m in die Frequenzformel
EMI1.1
der Schwingungsrechnung eingeht, indem er zu höheren Eigenfrequenzen führt, sind leichte Fahrzeuge in dieser Hinsicht massgeblich beeinflusst. Aber nicht nur die Masse, sondern auch der Verschleiss wirkt sich auf die Schwingungsverhältnisse im Drehgestell aus, indem der Verschleiss an der Achsführung die Erregerfrequenz und die Beschleunigung der Schwingung aus dem Sinuslauf der Radsätze vergrössert und die Dämpfungskräfte der Schwingungen ändert.
Die Erfindung hat daher die Aufgabe, ein Drehgestell zu schaffen, welches durch die Art der Achsführung und die besondere Ausbildung seiner Wagenkastenabstützung, Federung und Drehzapfenmitnahme diese schwingungstechnischen Zusammenhänge besonders berücksichtigt. Es handelt sich dabei um ein zweiachsiges Drehgestell in Leichtbauweise, dessen Hauptteile über lange Zeit praktischverschleissfrei sind und eine einmal vorliegende gute Laufeigenschaft über lange Zeit hinweg gewährleisten.
Die vom Radreifenprofil und von der Achsbuchsführung bestimmte Erregerfrequenz des Sinuslaufes wirkt auf folgende Eigenschwingungsarten des Wagens : Querschwingen, Drehen und Wanken sowie auf ihre Kopplungsschwingung, das Pendeln. Es entstehen somit vier verschiedene Eigenfrequenzen, die entsprechend der Ausbildung von Federung, Kastenaufhängung, Federbasis und Drehgestellmitnahme in einem be- stimmten Verhältnis zueinander und zu der von der Art der Radsatzführung sowie-federung, von der Fahrgeschwindigkeit und von dem Verschleisszustand bestimmten Erregerschwingung des Sinuslaufes stehen.
Das Drehgestell wird daher erfindungsgemäss so ausgebildet, dass a) die Radsätze in Wälzlagern gelagert sind, wobei die Übertragung der horizontalen Querkräfte vom Radsatz über das Achsbuchsgehäuse auf den Drehgestellrahmen entweder durch Achslenker beiderseits der Achsbuchse oder durch einen mit der Achsbuchse starr verbundenen Achslenker erfolgt, wobei die Lenkeranschlüsse an der Achsbuchse bzw.
am Drehgestellrahmen auf einer durch die Achsmitte gehenden Verbindungslinie liegen, b) die Achsbuchsen der Radsätze vermittels der Achslenker verschleisslos und reibungsarm im Drehgestellrahmen geführt sind, wobei die Führung in Längsrichtung des Drehgestells spielfrei und in Querrichtung durch elastische Elemente erfolgt, wobei diese unter Berücksichtigung der wirksamen Hebelarme gleichgrosse Federwege in waagrechterQuerrichtung für die Achsbuchsen ergeben, so dass Querschwingungen jedes Radsatzes genau in Richtung seiner Drehachse erfolgen, c) die Abstützung des Wagenkastens auf dem Drehgestell über je einen seitlichenGleitstückträger
<Desc/Clms Page number 2>
ausserhalb des Drehgestellrahmens erfolgt, der durch ein Schraubenfederpaar mit zugeordnetem Stossdämpfer auf einem Federtrog abgestützt ist,
wobei der Federtrog über möglichst lange Pendel oder Schaken am Drehgestellrahmen aufgehängt ist, d) ein von Vertikalkräften entlasteter Drehzapfen die Längskräfte etwa in Höhe des Schwerpunktes des Drehgestellrahmens durch ein mit einem Querhaupt verbundenes Lenkerpaar überträgt, wobei dieses Lenkerpaar am Drehgestellrahmen und am Querhaupt durch Gummigelenke angeschlossen ist, die in ihren Lagern leicht beweglich sind und dem Drehgestell auch einen geringen Federweg in Längsrichtung geben, e) die Gleitstückträger in Längsrichtung des Drehgestells durch Gleitstücke gegenüber dem Drehgestellrahmen und in Querrichtung durch Borde gegenüber dem Wagenkasten-Untergestell geführt sind,
wobei die eine Drehbewegung ermöglichenden Abstützplatten entweder als Kugelrollstück oder als im Ölbad laufende Gleitstücke ausgeführt und als Kreisringsegmente konzentrisch zur Achse des Drehzapfens angeordnet sind.
Durch die Kombination der Merkmale a und b erreicht man eine in Längsrichtung spiellose, in Querrichtung elastische, in beiden Fällen verschleissfreie Achsführung, welche unabhängig vom Verschleisszustand zwischen Rad und Schiene die Erregerfrequenz des Sinuslaufes etwa konstant hält und die Wellenlänge des Sinuslaufes nicht unter den kritischen Wert absinken lässt, wobei gleichzeitig dafür ge- sorgt wird, dass die Lebensdauer der Rollenlager an der Achse ein Maximum erreicht.
Die Ausbildung der Abstützung, Federung undAufhängung desWagenkastens sowie der Drehzapfenmitnahme im Drehgestell nach den Merkmalen c-e erfolgt nun so, dass in den höheren Geschwindigkeitsbereichen über 90 km/h keine Resonanzstellen oder ungünstige Beeinflussungen der Schwingungen auftreten, welche durch die Ausbildung der Achsführung nach den Merkmalen a und b erregt werden. Dabei bestimmen die Länge der Pendel oder Schaken und ihre Lagerung auf Schneiden sowie die Ausbildung des in Gummi gelagerten Lenkerpaares zwischen dem Mitnehmer des Drehzapfens und dem Drehgestellrahmen die am niedrigsten gelegene Eigenfrequenz der Querschwingung.
Die darüber liegende Frequenz der Drehschwingung wird ebenfalls von diesen Elementen festgelegt, wobei das Dämpfungsverhalten durch die Reibung an den Abstützplatten, gekennzeichnet durch eine breite Abstützbasis und Ölbad bzw. Kugellagerung beeinflusst wird. Schliesslich soll insbesondere für sehr hohe Geschwindigkeiten die Pendelfrequenz trotz niedriger Tauch- und Nickfrequenz des Kastens auf den Schraubenfedern der Abstützelemente einen möglichst weiten Abstand von den oben genannten Frequenzen haben. Das ergibt den weiteren Vorteil geringer Wankbewegungen, welche die Wagenkastenbreite mit Rücksicht auf das Umgrenzungsprofil unangenehm einschränken können.
Erreicht wird dies erfindungsgemäss durch die Anordnung der Abstützelemente ausserhalb des Drehgestellrahmens auf einer so breiten Basis, wie es das Profil erlaubt und durch die Übertragung der Beschleunigungs-und Verzögerungskräfte über besondere Lenker an der Drehzapfenmitnahme, durch welche die Schraubenfedern der Abstützelemente von den für die Federung ungünstigen Reibungskräften entlastet werden.
Es werden mit der Kombination aller Merkmale die miteinander in Wechselbeziehung stehenden günstigsten Werte an Laufruhe und Verschleissarmut bei Drehgestellen in Leichtbauweise erreicht, wobei der Fortfall eines Merkmales bereits alle andern ungünstig beeinflussen kann. Ferner wird mit diesem Drehgestell die Forderung des grösstmöglichen Leichtbaues aller Elemente erfüllt. Die bessere Laufruhe ergibt geringere Stossbeschleunigungen und-kräfte und wirkt sich daher auch auf den Drehgestellrahmen bezüglich der zu seiner Berechnung festzulegenden Lastannahmen in Gewichtserleichterungen aus.
Da der Drehgestellrahmen eine die Stösse und Wege halbierende Brücke darstellt, die ebenfalls der Verbesserung der Laufruhe und der Verringerung des Radreifenverschleisses dient, ist bei seinen meist genormten Hauptabmessungen eine andere Art der Gewichtserleichterung im Drehgestell nicht möglich, wenn man die Grundaufgabe nicht beeinträchtigen will.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt. Es zeigen : Fig. l einDrehgestell nach der Erfindung, von der Seite gesehen, Fig. 2 das Drehgestell nach Fig. 1 in der Draufsicht. Fig. den Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2, Fig. 4 den Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 2 und Fig. 5 und 6 Einzelheiten der Anordnung nach Fig. 1-4 in etwas andern Ausführungsformen.
Die äusseren Enden der Achswellen der Radsätze 1, 2 des Drehgestells sind in Wälzlagern gelagert, die Wälzlager sind in den Achsbuchsgehäusen 3 angeordnet. Auf jedem der vier Achsbuchsgehäuse 3 ist der Drehgestellrahmen 4 über eine Schraubenfeder 5 abgestützt.
Der horizontalenFührung der Radsätze 1, 2 im Drehgestellrahmen 4 dienen kombinierte Längsund Querlenker (Fig. 1-3) in Verbindung mit elastischen Querführungen. Jedes Achsbuchsgehäuse 3 wird auf der der Drehgestellquermittelebene zugekehrten Seite in der Höhe der Drehachse des Radsatzes starr von dem zug-, druck-, biege-und verwindungssteifen Achslenker 6 erfasst, dessen dem Achslager
<Desc/Clms Page number 3>
abgekehrtes Ende mit einem Auge 7 unter Zwischenschaltung einer Gummihülse auf einem Querzapfen des Drehgestellrahmens 4 gelagert ist. Anschläge 8,9 des Drehgestellrahmens 4 begrenzen die Bewegungen des Achslenkers 6 gegenüber dem Querzapfen unter Schubverformung der Gummihülse.
DasandereEndedesAchslenkers 6 ist an jedem Achsbuchsgehäuse 3 in Höhe der Drehachse desRad- satzes in einem Gehäuse 10 befestigt (Fig. 1, 3). In dieses Gehäuse 10 ragt eine Nase 11 des Dreh- gestellrahmens 4. Beiderseits der Nase 11 sind mehrschichtige elastische Elemente 12 angeordnet.
Sie liegen mit Vorspannung zwischen der Nase 11 und dem Gehäuse 10 und sind in lotrechter und Drehgestellängsrichtung durch Schubkräfte, in Drehgestellquerrichtung durch Druckkräfte verformbar. Die elastischen Elemente 12 und die Gummihülse am äusseren Ende jedes Achslenkers sind unter Berücksichtigung der wirksamen Hebelarme (Abstand der Drehachse des Radsatzes von den elastischen Elementen 12 bzw. der Längsachse derGummihülse) so aufeinander abgestimmt, dass an den Rädern eines Radsatzes angreifende Schienenstösse Bewegungen des Radsatzes genau in Richtung seiner Drehachse und genau in Querrichtung des Drehgestells bewirken.
Eine andere Ausführungsform nach Fig. 5 sieht statt der vereinigten Längs- und Querlenker in Kombination mit der Führung durch elastische Elemente Federblattlenker 28 vor. Diese Federblattlenker 28 sind zug- und drucksteif lotrecht durchzubiegen und um ihre Längsachse verwindbar. Sie sind symmetrisch zur Drehachse des jeweiligen Radsatzes am Achsbuchsgehäuse 3 im Lenkeranschluss 29 gelagert und mit ihren andern Enden starr und spiellos am Drehgestellrahmen 4 befestigt.
In jedem seitlichen Langträger des in der Draufsicht H-förmigen Drehgestellrahmens 4 ist mit möglichst langen Schaken 30 oder entsprechenden Pendeln ein Abstützelement für den Wagenkasten aufgehängt. Der Federtrog 13 jedes Abstützelementes ist gelenkig im unteren Ende des Schakenbügels eingehängt, wobei verstellbare Zwischenstücke ein Ausrichten des Federtroges 13 zulassen. Auf jedem Federtrog 13 sind zwei in Drehgestellängsrichtung hintereinander liegende Schraubenfedern 14 mit ihren unteren Enden abgestützt. Die Schraubenfedern 14 unterstützen den Gleitstückträger 15 des jeweiligen Abstützelementes. Zwischen den Federn 14 ist ausserdem ein hydraulischer Schwingungdämpfer 16, an Gleitstückträger 15 und Federtrog 13 angelenkt, angeordnet. Der Federtrog 13 kann gegenüber dem Drehgestellrahmen frei pendeln.
Der Gleitstückträger 15 ist in Längsrichtung des Drehgestells durch Gleitplatten 17 im Drehgestellrahmen 4 geführt. InQuerrichtung geben Borde 19a dem Wagenkasten-Untergestell die Führung. Die eine Drehbewegung ermöglichenden Abstützplatten sind entweder als Kugelrollstück 21 oder als im Ölbad laufende Gleitstücke 19, 20 ausgeführt und als Kreisringsegmente konzentrisch zur Achse des Drehzapfens angeordnet.
Infolge der damit gegebenen ausschliesslich seitlichen Übertragung der Abstützkräfte des Wagenkastens zwischen den äusseren Langträgern des Wagenkastens und den äusserhalb der Langträger des Drehgestellrahmens liegenden Gleitstückträgern ist der Drehzapfen von vertikalen Kräften entlastet. Er dient derübertragung der Brems- und Antriebskräfte zwischen Wagenkasten und Drehgestellrahmen. Der so von Vertikalkräften entlastete Drehzapfen 22 überträgt die Längskräfte etwa in Höhe des Schwerpunktes des Drehgestellrahmens 4 durch ein mit einem Querhaupt 23 verbundenes Lenkerpaar 24, 25. Dieses Lenkerpaar 24,25 ist am Drehgestellrahmen 4 und am Querhaupt 23 durch Gummigelenke 32, 33 angeschlossen, die in ihren Lagern leicht beweglich sind und dem Drehgestell einen geringen Federweg in Längsrichtung geben.
Zur gefedertenQuerführung des Drehgestellrahmens sind zwischen dem Querhaupt 23 und dem Drehgestellrahmen 4 parallele Stossdämpfer 26, 27 angeordnet, die in einander entgegengesetzte Fahrzeugquerrichtungen weisen. Sie sind in vor und hinter der lotrechten Querebene des Drehzapfens 22 liegenden Drehgestellquerebenen angeordnetund dämpfen die relativenQuerbewegungen zwischen Wagenkasten und Drehgestell.