Drehgestellfahrzeug mit Achsdruckausgleichvorrichtung. Bekanntlich bewirken die Brems- und Zug kräfte bei Rollfahrzeugen im allgemeinen zu sätzliche Belastungen und Entlastungen der verschiedenen Radachsen. Die entlasteten Ruder können dann zum Schleifen kommen, wodurch die Zug- bzw. Bremskräfte rückwir kend vermindert werden. Insbesondere wirkt sieh dieser Nachteil bei Triebfahrzeugen aus, indem (las Anzugsmoment der Motoren aus diesem Grunde nicht voll ausgenützt werden kann.
Bei Drehgestellfahrzeugen wirkt sich die ser Effekt besonders ausgeprägt innerhalb eines Drehgestelles selbst aus, weil der Rad stand dort klein. ist. Je näher an der Fahr bahnebene jedoch die Stelle liegt, an welcher die Brems- und Zugkräfte auf den Wagen körper übertragen -erden, um so gering fügiger werden die zusätzlichen Belastungen und Entlastungen. Ein Mitnehmerzapfen auf Fahrbahnhöhe würde das Problem z. B. prin zipiell lösen, die Beiastungsverteilung der Dreh- gestellaclisen würde dann wenigstens innerhalb des Drehgestelles selbst durch die Brems- und Zugkräfte gar nicht beeinflusst.
Diese Lö sung lässt sich aber innerhalb des zur Ver fügung -r stehenden Fahrbahnprofils in der Regel nicht durchführen.
Die als bekannt vorausgesetzte Kugel- fläcllenabstützung, wo die Drehpfanne im Prinzip das Stück einer Kugelfläche ist, deren Zentrum auf der Fahrbahnhöhe liegt, ist im Grunde nichts anderes als die Mitnehmerzap fen-Anordnung auf Fahrbahnhöhe selbst. Da aber das ganze Kastengewicht über die Dreh pfanne abgestützt wird, entstehen durch die (gleichzeitig auftretenden Reibungskräfte in- folue des grossen Radius der Gleitfläche be trächtliche Störmomente, die einem richtigen Ausgleich entgegenwirken.
Stellt man sich nun die Aufgabe, zwischen Drehgestell und Wagenkasten bzw. Haupt rahmen eine Achsdruckausgleichvorrichtung, bestehend aus Gestängen, Hebeln usw., einzu bauen, die der Lösung mit Mitnehmerzapfen auf Fahrbahnhöhe gleichwertig ist, aber weder in das Fahrbahnprofil hineinragt, noch den Nachteil grosser Reibungsstörmomente der Kugelflächenabstützung aufweist, so kann man folgenden Gedankengang machen: Die erwähnte Achsdruckausgleichvorrich tung muss einer von der Fahrbahn auf den Rad- resp. Zahnradumfang in Richtung der Fahrzeuglängsachse wirkenden Kraft das Gleichgewicht halten können, ohne dass dadurch Änderungen in der Raddruckverteilung ein treten.
Dies kann erreicht werden, wenn diese Vorrichtung Drehgestell und Wagenkasten kinematisch so verbindet, dass bei einer ge dachten (oder im Falle von Änderungen der Fahrbahnneigung wirklichen) unendlich klei nen Kippbewegung des Drehgestelles um eine horizontale Querachse der Angriffspunkt der Radkraft sich senkrecht zu ihr selbst bewegt. Es ist. dies eine bekannte und in unserem, Fall sehr nützliche Gleiellgewiehtsbeding-Lzng der Mechanik. Die beschriebene Kippbewe- gung wird hier deshalb nur als gedachte be- zeichnet, weil sieh dabei das Räderpaar der einen Achse von den Schienen abheben, das jenige der andern in die Schienen hineinwan dern würde.
An Stelle einer nur gedachten Kippbewegung kann auch eine wirkliche zur Nennzeichnung zugezogen werden, wenn z. B. eine einzelne Radachse mit Hebeböcken etwas angehoben wird, oder wenn das Fahrzeug langsam, das heisst ohne Störung durch dyna misch verursachte Zusatzbewegungen in einen Gefällsbruch hineinfährt und sieh somit die Neigung der Fahrbahn ändert.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist. nun ein Drehgestellfahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, mit mindestens einem Dreh gestell mit einer Vorrichtung zum Ausgleich der durch die Brems- und Zugkräfte ver ursachten unterschiedlichen Belastungen der Radsätze (Achsdruckausgleichvorrichtung), die es ermöglicht, dass das Drehgestell gegen über dem Fahrzeugrahmen eine Kippbewe- gung um eine ideelle waagrechte Querachse auszuführen vermag, die mindestens annä liernd in der Höhe der Fahrebene liegt, da durch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung durch eine rein mechanisch, selbsttätig wir kende und das Fahrzeugkastengewicht nicht.
übertragende Achsdruckausgleichvorrichtung gebildet. wird, deren Bewegungskinematik das Drehgestell bei einer Änderung der Fahrbahn neigung zwingt, gegenüber dem Fahrzeug rahmen uni die gedachte Querachse zu kippen, wobei die Drehzentren aller Glieder der Vor richtung höher liegen als diese Querachse.
Nenn hier von Drehaxen und Dreh zentren gesprochen wird, so sollen dabei auch Kraftübertragungselemente ohne eigentliche Gelenke miteingeschlossen sein, wie beispiels weise elastische eingespannte Elemente, La inellen- und Membranführungen usw.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der Er findung sind an Hand der schematischen Zeich nung nachstehend erläutert.
Fig. 1. zeigt das Beispiel einer derartigen verbesserten Achsdruckausgleichvorrichtung, die die Vertikalkräfte des Wagenkastens nicht mitübertragen muss. Fig. ? zeigt dieselbe Vor richtung bei einer Kippbewegung des Dreh- gestelles gegen den Wagenkasten, und Fig. 3 bis 6 zeigen die verschiedenen Glieder einzeln mit. den aufeinander ausgeübten Kräften. Diese Ausführungsform weist zwei hebelartig <B>t</B> -iiis",ebildete Glieder 2 und <B>3</B> auf, von denen sieh jedes sowohl auf das andere als auch auf den Wagenkasten 4 sowie auf das Drehgestell 1. abstützt.
Unter Abstützung sei hier und im folgenden eine allgemeine kraftmässige Verbindung verstanden, mit < Abstützen also eine Übertragung von Kräften. irgendwelcher Art und nicht nur von Gewichtskräften.
Die Abstützung gegeneinander erfolgt, über das Gelenk '213, die Abstützung von Hebel auf den Wagenkörper 4 über das Gelenk 24 und auf den Drehgestellrahmen 1 über das Gelenk 1,'..'. Der Hebel 3 stützt sieh über (_1e- lenk 34 sowie über die Traverse 44 auf den Wagenkörper 4 ab; über das Gelenk 13 stützt er sieh auf den Drehgestellrahmen 1 ab.
Damit das System nietet nur unendlich kleine Ausschläge machen kann, müssen einige der Gelenke vertikales Spiel erhalten. Beson ders günstig ist es, zwei Gelenke vertikal un- verschiebbar und die drei andern verschieb bar zu machen.
Achtet man dabei darauf, dass die drei verschiebbaren Gelenke nicht alle auf demselben Glied (sei es nun Glied 2 oder 3 ) angeordnet sind, so erreicht man nicht nur die kinematische Bewegungsmöglichkeit, son dern. verhindert gleichzeitig wie -gewünscht eine Übertragung ,der vertikalen Wagenkräfte, trotzdem die Glewichte der Glieder ? und 3 selbst ohne weitere Hilfselemente auf Dreh- f-estell oder Wagenkörper abgestützt werden.
Bei dieseln Beispiel sind 13 und 24 die un- verschiebbaren, 12, 23 und 34 die verschieb baren Gelenke, welch letztere weder alle ani Gliede ? noeli am (Miede 3 angeordnet sind.
Das Kastengewicht kann <I>sieh</I> bei diesem Beispiel weder über die Gelenke 2-1-12 noch über 24-23-13 noch über 34-13 noch über 34=33-12 abstützen, weil in jeder Folge mindestens eines der vertikal verschiebbaren Gelenke 12, 23 und 34 enthalten ist. Ander seits wird das Eig-eng-ewieht des Gliedes 2 über das unv ersehiebbare Gelenk 24 vom Wagenkörper aufgenommen, während Glied 3 am Gelenk 13 am Drehgestellrahmen hängt.
Man kann die Zahl und die Anordnung der verschiebbaren und unverschiebbaren Ge lenke auch nach andern Gesichtspunkten wählen; je nachdem wird dann das Wagen gewicht über die Ausgleichvorrichtung mit abgestützt, oder die Eigengewichte der ein zelnen Glieder müssen über Hilfselemente auf das Drehgestell oder den Wagenkörper abge stützt werden. Nicht zulässig sind allerdings Kombinationen, bei denen die kinematische Beweglichkeit nicht. gewährleistet ist; so wäre es z. B. unzulässig, beim Beispiel von Fig. 1. die Gelenke 12, 13 und 23 gleichzeitig ohne Vertikalspiel auszuführen.
Viele Schwierigkeiten können natürlich umgangen werden, wenn statt unverschieb- baren Abstützungen solche gewählt werden, die sich elastisch verformen können, wie z. B. Silentblocs usw., da damit die kinematische Beweglichkeit doch gesichert werden kann.
Die Lage der Gelenke zueinander ist. nicht beliebig. Ihre Abstände von der ideellen Dreh- aehse sind bedingungsmässig verknüpft, so dass nur vier dieser Abstände frei gewählt werden können. Die analytische Behandlung- dieses Problems bietet dem Fachmann keine Schwierigkeiten. Die Wahl der Abstände und die Festlegung der verschiebbaren Gelenke kann. unter Umständen der Federung zwischen Wagenkasten und Drehgestell einerseits und zwischen Drehgestellrahmen und Achslagern anderseits angepasst werden, und zwar in der Weise, dass sieh die Lage der ideellen Dreh- axe auch bei verschiedenen Wagenbelastungen nur wenig oder gar nicht ändert.
In Fig. 2 ist das Drehgestell in ausgekipp ter Lage gezeichnet. Die Verbindungsgerade der Gelenke 24 und 31- einerseits und die jenige der Gelenke 12 und 13 anderseits schnei det sich im Punkte _1. Für einen unendlich kleinen Kippwinkel wird A zur ideellen Dreh- axe für das Drehgestell beim Beginn. der Kippbewegung, welche Axe in oder minde stens in der Nähe der Fahrbahnebene liegt. Diese Drehaxe liegt. also wie gefordert in einem Abstand unter den fünf Gelenkdreh- zentren 7.2, 13, 23, 24 und 34. Die Abhängig keit der Gelenkdistanzen ersieht man aus die ser Figur besonders gut.
Wenn man sich die Lage der Gelenke 12, 13, 24 und 34 sowie die des Punktes < 1 gewählt denkt, bestimmt sieh die Lage des Gelenkpunktes 23 durch Schnitt. der Verbindungsgeraden von 12-24 einer seits und 13-34 anderseits. Da dieser Schnitt allerdings streng genommen für unendlich kleine Winkel gemacht werden sollte, gilt diese Konstruktion nur näherungsweise. Mit Hilfe der analytischen Geometrie findet man aller dings auch ohne Schwierigkeit die genaue Be ziehung.
Auf den Fig. 3 bis 6 ist im einzelnen dar gestellt, wie die Übertragung einer von der Fahrbahn 11 ausgeübten Zug- oder Brems kraft K auf den Wagenkörper erfolgt. Stellt man dabei die statische Bedingung auf, dass sich (Fig. 3) die in < 1 angreifende Kraft K mit den auf die Gelenke 12 und 13 wirkenden Kräften am Drehgestell im Gleichgewicht be findet (damit die Achsdruckverteilung Tor derungsgemäss nicht beeinflusst wird), so fin det man selbstverständlich dieselbe Beziehung wie vorher durch die rein kinematische Über legungsweise mit. Hilfe der analytischen Geo metrie.
Die am Radumfang in < 1 angreifende Kraft K (Fig.3) wird zunächst. auf das Ge lenk 12 übertragen. Die internen Kräfte der Bremsklotz- oder Motorreaktionen werden hier wie beim Beispiel von Fig.1 ausser acht. gelassen. Dein Versatzmoment der Kraft h wirkt ein solches der Kraft K1 entgegen, welche das Glied 3 auf das Gelenk 13 ausübt. Das Gelenk 12 überträgt infolgedessen nicht nur die Kraft K, sondern zusätzlich eine Hilfskraft K13 auf das Glied 2 (Fig. 4).
Die Kräfte K und K13 werden vom Glied '' auf das Gelenk 23 übertragen. Dem ent sprechenden Versatzmoment wirkt ein solches der Kraft K21 entgegen, welches der Wagen körper 4 auf das Gelenk 24 ausübt. Das Ge lenk 23 überträgt infolgedessen nicht nur die Kräfte K + K1;,, sondern zusätzlich eine Hilfskraft K..1 auf das Glied 3 (Fig.5). Von der Übertragungskraft K + K2.1 + K13 des Gelenkes 23 wird auf das Gelenk 31 nur noch K und K2,1 weitergegeben. Die Hilfs kraft KI; kommt wegen der im Gelenk 13 an greifenden Kraft K13 wieder in -Wegfall.
In Fig. 6 ist der Wagenkörper 4 sowie die mit ihm starr verbundene Traverse 44 gezeigt. Man sieht aus der Abbildung, dass resultie rend auf den Wagenkörper die richtig über tragene Kraft K im Gelenk 31 wirkt und ferner ein reines Moment des in den beiden Gelenken angreifenden Kräftepaares K21. Die Abstützung des Gliedes 3 auf den )Vagen körper 4 könnte statt direkt auch indirekt er folgen (z. B. über eine speziell angeordnete Wiege), solange das Gelenk 31 wenigstens in bezug auf seine Bewegung in Fahrtrichtung so geführt ist, als ob es ein Punkt des Wa genkörpers wäre.
Die Bestandteile der Ausgleichsvorrichtung müssen in der Regel ihren Platz irgendwo zwischen dem Boden des Wagenkörpers und der Fahrbahnebene finden. Trotzdem ist es möglich - und unter Umständen auch zweck mässig - einzelne Drehaxen auch ausserhalb dieses Bereiches zu legen. Man kann dabei so vorgehen, dass man z. B. das Glied 3 (Fig. 1) nicht mehr über ein Gelenk 13 auf den Drehgestellrahmen 1 abstützt, sondern über Führungen irgendwelcher Art, die bei spielsweise ein Gelenk am Drehgestell in Dachhöhe des Wagens ersetzen. Andere Bei spiele wären entsprechend angeordnete Gleit bahnen, Abwälzstücke, elastische Glieder usw.
In Fig. 7 bis 10 sei ein Beispiel gezeigt, wo eine solche Abstützung in Form von Par allelpendeln ein Gelenk im unendlich Fer nen ersetzt.
Fig. 7 veranschaulicht einen Längsschnitt eines mit Achsdruckausgleichvorrichtung aus gerüsteten Drehgestelles und Fig. 9 dessen Querschnitt. Auch hier sind zwei hebelartige Glieder 2 und 3 vorhanden, von denen sieh jedes sowohl auf das andere als auch auf den Wagenkasten 4 sowie auf das Drehgestell 1. abstützt. Die Abstützung gegeneinander erfolgt über das Gelenk 23. Die Abstützung des Gliedes 2 auf den Wagenkörper 4 erfolgt über eine Traverse 14 am Gelenk 24 und auf den Drehgestellrahmen 7 über das Gelenk 12. Das hebelartige Glied 3 stützt sich über das Gelenk 34 auf den Wagenkörper 4 ab, wäh rend es sich über die vier Parallelpendel 13' resp. 13" auf den Drehgestellrahmen 1 ab stützt.
Diese Pendelabstützung ersetzt also natürlich nur für kleine Bewegungen kinematisch ein Gelenk im unendlichen Fer nen. Im Prinzip ist also dieses Beispiel nur ein Spezialfall einer allgemeineren Anord nung, von der ein Beispiel in Fig. 1 gezeigt wurde.
Bei diesem Beispiel lassen die drei Gelenk stellen 23, 24 und 34, die nicht alle auf dem selben Glied liegen, Vertikalverschiebungen zu, während die beiden andern Abstützungen, nämlich das Gelenk 12 und die Pendel 13' und 13", keine Vertikalverschiebungen zu lassen.
Das Kastengewicht wird über die Blatt federn 9 auf den Drehgestellrahmen über tragen und kann sich in diesem Falle nicht über die Achsausgleichsvorrichtung auf das Drehgestell. abstützen, weil die beiden reit dem Wagenkörper direkt resp. indirekt verbun denen Gelenke 24 und 34 wie erwähnt Ver tikalverschiebungen zulassen.
Die ideelle Drehaxe von. Drehgestell und Wagenkörper liegt, auch bei diesem Beispiel in der Fahrbahnebene, wie aus der Prinzip- skizze Fig. 8 zu sehen ist. Es sind nur die Mit telpunkte der vier Gelenke l2, 23, 24 und 34 sowie die Mittellinien der (Mieder 2 und 3 in einer Lage gezeichnet, bei welcher (las Drehgestell um einen kleinen Winkel im Uhr zeigersinn ausgekippt ist.
Die Mittellinie des i Drehgestelles durch das Gelenk 12 muss par allel zur Mittellinie des Gliedes 3 gezogen werden und schneidet dann die Mittellinie 24 bis 34 des Wagenkörpers in der ideellen Dreh- axe I1. < Die Übertragung einer in Fahrtrichtung von der Schiene auf den Radumfang ausge übten Irraft K auf den Wagenkörper kann (ganz analog zu den Überlegungen zu Fig. 3 bis 6) leicht verfolgt werden: Da die Pendel 13' und 13" keine horizontalen Kräfte über- tragen können, stützt sich im Gelenk 12 ein zig die Kraft K auf das Glied 2 ab.
Das Glied 2 überträgt die Kraft. K wei ter auf das Gelenk 24. Das entsprechende Versatzmoment erzeugt im Gelenk 23 eine Kraft K.);, die einerseits über das Gelenk 24 eine sieh zur Kraft K addierende Kraft von gleicher Grösse wie K23 nach links auf den Wagenkörper ausübt und anderseits eine eben solehe Kraft von wiederum gleicher Grösse wie K_,.; über das Gelenk 34 nach rechts auf den Wagenkörper erzeugt.
Resultierend wirkt also auf diesen die richtig übertragene Kraft K in) Gelenk 2-t sowie ein reines Moment des in den beiden Gelenken 24 und 34 angreifen den Kräftepaares<B>K.</B> p,. Voraussetzung ist. allerdings eine korrekte Wahl der verschie denen Gelenkabstände.
Es kann von Vorteil sein, für die Schmie rung- der Gelenke Tauchschmierung vorzu sehen. Bei diesem Konstruktionsbeispiel sind die Behälter 10 und<B>11</B> für die Aufnahme des hierzu nötigen Schmiermittels bestimmt.
Fig. 10 zeigt eine schematische Darstel lung der Hebelverhältnisse der vorgenannten. Konstruktion. Damit die ideelle Drehaxe in der Fahrbahnebene liegt, muss das Verhält nis b : c = a : (l. sein, wie sich aus Fig. 8 er gibt. Die Abstände c und b sind fest, a und c7 werden sieh dagegen unter dem Einfluss verschiedener Wagenbelastungen verändern. Wählt man ihr Verhältnis gleich dem Ver hältnis der Elastizität der Federungen, so bleibt die Lage der ideellen Drehachse von den Wagenbelastungen unabhängig.
An einem letzten Beispiel nach Fig. 11. und 12 sei kurz gezeigt, wie auch zwei Ab stützvorrichtungen vorhanden sein können, die jede ein Gelenk im unendlich Fernen er setzen. Die Glieder 2 und 3 stützen sich im Gelenk 23 aufeinander ab, Glied 2 ist über Gelenk 12 mit dem Drehgestellrahmen 1 und über die Pendelabstützung- 24', 24" mit. dem Wagenkörper 4 verbunden, und schliesslich stützt sieh Glied 3 über das Gelenk 34 auf den Wagenkörper und über die Pendelabstüt zung 13', 1.3" auf den Drehgestellrahmen ab.
Da die Pendelabstützungen keine Vertikal- verschiebungen zulassen, müssen alle drei Ge lenke (die nicht alle auf demselben Glied sitzen) verschiebbar gemacht werden, damit die ZVagengewichtskräfte nicht übertragen werden.
Aus Fig. 12 sieht man, dass die Gelenke 12, 23 und 34 mit der ideellen Drehaxe A beim Kippen des Drehgestelles ein Parallelogramm bilden müssen, woraus sieh die Lage der Drehaxe A ohne weiteres ergibt.
Wegen der beiden Parallelführungen wird in diesen Fällen die Radumfangskraft K suk zessive über die Gelenke 12, 23 und 34 auf den Kasten übertragen, ohne dass andere Zu satzkräfte hinzukommen. Die in den Gelenken übertragenden Kräfte sind bei diesem Bei spiel infolgedessen minimal.