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Wiegenfederung für zwei- oder mehrachsige Drehgestelle von Schienenfahrzeugen
Es sind Wiegenfederungen für zwei- oder mehrachsige Drehgestelle von Schienenfahrzeugen
bekannt mit quer zur Fahrtrichtung liegenden zweiarmigen Hebeln, von denen jeder
mit dem einen Arm durch einen Lenker mit dem Wagenkastengestell oder dem Wiegebalken
verbunden ist und die mit dem anderen Arm durch eine Schraubenfeder miteinander
gekuppelt sind. Bei diesen bekannten Wiegenfederungen wird erreicht, daß eine Belastung
auf einer Seite zusätzliche Kräfte auf der anderen Seite hervorruft. Es sind ferner
sogenannte Wankstützen bekannt, durch die Kippbewegungen des Fahrzeugkastens verhindert
werden, ohne die Vertikalbewegungen des Fahrzeugkastens zu hindern. Diese Wankstützen
bestehen aus zweiarmigen Hebeln, die mit ihrem Scheitel an dem auf einem Radsatz
abgestützten Rahmen gelagert sind, jeweils mit dem einen der beiden Hebelarme am
Wagenkasten angreifen und an den beiden anderen freien Hebelenden durch einen sowohl
bei Zug- als auch bei Druckbeanspruchung federnden Lenker verbunden sind. Es ist
ferner bekannt, den Drehgestellrahmen gegenüber den Radsätzen durch Winkelhebel
abzustützen, die im Drehgestellrahmen gelagert sind, wobei sich der eine Schenkel
des Winkelhebels gegen eine horizontal in der Längsrichtung des Fahrzeuges liegende
Federung abstützt und der andere Schenkel des Achslagergehäuses bildet bzw. trägt
und damit den Anschluß an die Radachse herstellt. Bekannt ist es auch, für die Wiegenfederung
Winkelhebel zu verwenden, wobei die Wiegenfedern in Längsrichtung der Drehgestelle
angeordnet sind.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Wiegenfederung für zwei- oder mehrachsige
Drehgestelle von Schienenfahrzeugen, bei der die Wiegenfedern horizontal und quer
zur Wagenlängsrichtung angeordnet sind, wobei erfindungsgemäß zur Abstützung der
Wiege auf dem Drehgestellrahmen an sich bekannte zweiarmige Winkelhebel dienen,
die so angeordnet sind, daß der annähernd waagerecht liegende Schenkel jedes Winkelhebels
Drehgestell und Wiege gegeneinander abstützt, während der annähernd senkrecht stehende
Schenkel über Zug- oder Druckstangen die Wiegenfeder belastet, die sich gegen Widerlager
am Drehgestell oder an der Wiege abstützt. Durch diese Anordnung wird ein besonders
günstiger Winkelhebeieffekt und insbesondere eine besondere Stabilität gegen das
Wanken des Wagenkastens erzielt. Besonders vorteilhaft ist es, die Zug- oder Druckstangen,
wie ebenfalls an sich bekannt, über einen zweiarmigen Hebel in der Wagenmitte so
miteinander zu verbinden, daß sie sich quer zur Wagenachse in entgegengesetzte Richtungen
verschieben. Der mittlere Drehpunkt jedes Winkelhebels kann ferner mittels einer
Abstützrolle auf einer schiefen Ebene oder einer Kurvenbahn derart gelagert sein,
daß die durch die Schwenkbewegungen des nahezu waagerecht liegenden Schenkels bewirkten
Änderungen in der Höhenlage zwischen Wiege und Drehgestell entgegengesetzt ebenso
groß sind wie die durch das Auflaufen und die schiefen Ebenen oder Kurvenbahnen
bedingte Änderung in der Höhenlage. Dadurch werden bei seitlichen Verschiebungen
zwischen Wiege und Drehgestell Rückstellkräfte erzeugt.
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Die Anordnung gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß die bei Drehgestellen
üblicher Bauart bisher erforderlichen Schwingpendel mit Schaken, Schakensteinen,
Pendelmuttern, Sattelscheiben und die Federtröge entfallen können. Die Rückstellkurven
können schiefe Ebenen oder Kurvenbahnen sein, je nach der gewünschten Rückstellkraft
oder der Größe des vorhandenen Wiegenspiels und der Winkelübersetzung. Durch die
Verbindung der Winkelhebel mittels Zug-oder Druckstangen, die über einen zweiarmigen
Hebel in .der Wagenmitte miteinander verbunden sind, wird erreicht, daß die Winkelhebel
zwangläufig spiegelbildlich gleiche Bewegungen ausführen. Dies hat den Vorteil,
daß Wankkräfte eine gleichsinnige Bewegung der beiden Hebelarme, auf die sich die
Wiege abstützt, bewirken, so daß die Wankkräfte ebenso wie einseitige vertikale
Belastungen in vertikale Wiegenbewegungen umgesetzt werden.
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Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in den Abb.
1 bis 8 dargestellt.
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Abb. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel im Schnitt senkrecht zur Wagenlängsachse,
bei dem die Drehpunkte der Winkelhebel auf Kurvenbahnen gelagert sind; Abb. 2 zeigt
die Verbindung der beiden Winkelhebel durch einen zweiarmigen Hebel in der Draufsicht;
Abb.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Drehpunkte der Winkelhebel
gleichfalls auf Kurvenbahnen gelagert sind, jedoch mit einer anderen Lage der Winkelhebel;
Abb.4 zeigt wieder die Verbindung der Winkel-1lebel der Anordnung nach Abb. 3 in
der Draufsicht; Abb.5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Drehpunkte
der Winkelhebel auf schiefen Ebenen gelagert sind; Abb.6 zeigt wieder. in der Draufsicht
die Verbindung der beiden Winkelhebel miteinander; Abb. 7 zeigt noch ein weiteres
Ausführungsbeispiel, bei dem die Drehpunkte der Winkelhebel gleichfalls auf schiefen
Ebenen gelagert sind, jedoch mit anderer Lage der Winkelhebel; Abb. 8 zeigt wieder
in der Draufsicht die Verbindung der Winkelhebel miteinander.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 1 und 2 stützt .ich die Wiege 1
auf die beiden Schenkel 2 von zwei Winkelhebeln ab, deren Drehpunkte über Abstützrollen
3 auf muldenförmigen Rückstellbahnen 9 gelagert sind. Jede Kurvenbahn 9 ist am Drehgestellrahmen
14 befestigt. An den senkrecht stehenden Schenkeln der Winkelhebel sind an Anlenkpunkten
5 die Zugstangen 6 für die Wiegenfedern 7 angebracht. Die Wiegenfedern 7 sind zwischen
den an der Wiege 1 befestigten Federwiderlagern 16 und den an den Zugstangen 6 angebrachten
Federtellern 15 angeordnet. Die Höhenregulierung des Wagenkastens und damit die
Regulierung der Pufferhöhe kann mittels der leicht zugänglichen Spannmuttern 8 der
Zugstangen 6 erfolgen. Wie Abb.2 zeigt, können die beiden Zugstangen 6 der in der
gleichen Querebene liegenden zueinander gehörigen Winkelhebel durch ein Gestänge,
das aus den beiden Verbindungsstangen 11 und dem Umlenkhebe112 besteht, so miteinander
verbunden sein, daß die Winkelhebel zwangläuüg spiegelbildlich gleiche Bewegungen
ausführen.
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Während bei der Ausführungsform nach Abb.1 und 2 die Winkelhebel außerhalb
des Drehgestellrahmens 14 gelagert und die tragenden Schenkel nach innen gerichtet
sind, sind bei der Ausführungsform nach Abb.3 und 4 die Winkelhebel innerhalb des
Drehgestellrahmens 14 gelagert und die tragenden Schenkel der Winkelhebel nach außen
gerichtet. In der Ausführungsform nach Abb. 3 und 4 sind die Teile, die den gleichen
Teilen bei der Ausführungsform nach Abb. 1 und 2 entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen
versehen. Strichpunktiert sind in Abb. 3 verschiedene weitere mögliche Federanordnungen
eingezeichnet. Die Wiegenfeder kann, wie auf der linken Seite dargestellt, bei Verwendung
eines zweiarmigen gestreckten Hebels annähernd senkrecht oder, wie auf der rechten
Seite dargestellt, bei Verwendung eines Winkelhebels, dessen beide Schenkel einen
stumpfen Winkel bilden, schräg angeordnet sein.
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Besonders vorteilhaft ist aber die waagerechte Anordnung der Wiegenfedern
7. Bei dieser Anordnung sind entsprechend der entgegengesetzten Bewegung der Winkelhebel
die Federteller 15 unmittelbar an den senkrechten Schenkeln angelenkt, während sich
die nach innen zu gerichteten Enden der Federn gegen mit der Wiege 1 verbundene
Widerlager 16 abstützen. Wie Abb. 4 zeigt, kann in diesem Fall das die beiden Winkelhebel
verbindende Gestänge, das wieder aus den Verbindungsstangen 11 und einem Umlenkhebel
12 besteht, an Verlängerungen der senkrechten Schenkel der Winkelhebel angelenkt
sein. Der Umlenkhebel 12 ist bei beiden Ausführungsformen am Drehzapfen 13 des Wagenkastens
gelagert. Bei den beiden Ausführungsformen nach Abb.l bis 4 ist die Kurvenbahn 9
so muldenförmig gestaltet, daß bei den Querverschiebungen zwischen Wiege 1 und Drehgestellrahmen
14, die durch das Spiel der Räder zwischen den Schienen und durch die horizontalen
Wagenquerbewegungen bewirkt werden, sich die mittlere Abstützrolle 3 beim Verlassen
der Ruhelage hebt, so daß die muldenförmigen Kurvenbahnen 9 Rückstellkräfte erzeugen
und somit die gleiche Wirkung haben wie die üblichen Pendelaufhängungen.
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Abb. 5 und 6 zeigen eine weitere Ausführungsform, bei .der die festen
Widerlager der Wiegenfedern 7 nicht mit der Wiege 1, sondern mit dem Drehgestellrahmen
14 verbunden sind.
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Im übrigen entspricht diese Ausführungsform im wesentlichen der Ausführungsform
nach Abb. 1 und 2. Man kann hier bezüglich der Querbewegungen zwischen Drehgestell
und Wiege 1 die Anlenkpunkte 5 als feste Drehpunkte betrachten. Wären die mittleren
Abstützrollen 3 auf horizontalen Flächen gelagert, so würden bei einer Querverschiebung
zwischen Drehgestellrahmen 14 und Wiege 1 die Auflagepunkte 4 der tragenden Schenkel
sich auf Kreisbogen um die Drehpunkte 5 bewegen, d. h., es würde sich jeweils der
Auflagepunkt 4 auf der einen Seite senken und auf der anderen Seite heben. Die Querverschiebungen
würden daher Wankbewegungen des Wagenkastens zur Folge haben.
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Um dies zu vermeiden, sind die Abstützrollen 3 der Winkelhebel auf
schiefen Ebenen 10 gelagert, deren Neigung so bemessen ist, daß durch die Änderung
der Höhenlage der Abstützrollen 3 die Änderung der Höhenlage der Auflagepunkte 4
an den Schenkeln kompensiert wird, so daß sich die Auflagepunkte 4 bei Querbewegungen
annähernd horizontal verlagern. Diese Ausbildung der Drehpunktlagerung kann mit
den Kurvenbahnen, wie sie in Abb. 1 bis 4 dargestellt sind, auch so kombiniert werden,
daß sich bei den Querbewegungen dieAuflagepunkte4 in gleicherweise heben, so daß
wieder Rückstellkräfte erzeugt werden, durch die die Wiege 1 in der Mittellage zum
Drehgestellrahmen 14 gehalten wird. Der Umlenkhebel 12 kann in diesem Fall am Drehgestellrahmen
14 gelagert sein.
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Abb. 7 und 8 zeigen eine entsprechende Anordnung, wobei die mittleren
Abstützrollen 3 der Winkelhebel wieder innerhalb des Drehgestellrahmens 14 gelagert
sind wie bei der Ausführungsform nach Abb. 3 und 4. Die schiefen Ebenen 10, auf
denen die Abstützrollen 3 gelagert sind, haben wieder die gleiche Wirkung wie bei
der Ausführungsform nach Abb. 5 und 6, sind jedoch entsprechend der umgekehrten
Lage der Winkelhebel hier mit entgegengesetzten Neigungen angeordnet. Die Wirkungsweise
der Vorrichtungen nach Abb. 1 bis 8 ist folgende: A. Gleichmäßige vertikale Belastung
Bei einer vertikalen Belastung stützt sich die Wiege 1 über die Auflagepunkte 4
auf den Abstützrollen 3 ab. Die horizontal liegenden Schenkel 2 der Winkelhebel
werden so weit nach unten gedrückt, bis die Reaktionskraft der Wiegenfedern 7 der
Belastung das Gleichgewicht hält.
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B. Einseitige vertikale Belastung Bei einer einseitigen vertikalen
Belastung der Wiege 1 wirken über das Verbindungsgestänge 11, 12 beide Wiegenfedern
7 der Belastung entgegen. Da beide Winkelhebel spiegelbildlich gleiche Bewegungen
ausführen, d. h. sich beide Schenkel 2 nach unten bewegen,
bis die
Belastung durch die Reaktionskraft der Wiegenfedern 7 ausgeglichen ist, werden auch
bei einseitiger vertikaler Belastung beide Federn gleichmäßig beansprucht, und Wiege
und Wagenkasten behalten ihre horizontale Lage bei.
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C. Horizontale Wagenquerbewegung Bei einer horizontalen Querkraft;
die auf den Wagenkasten oder die Wiege 1 wirkt, findet eine Verschiebung der Wiege
1 in Richtung dieser Kraft statt. Die Abstützrollen 3 der Winkelhebel 2 werden aus
ihrer Mittelstellung heraus auf den Kurvenbahnen 9 bewegt, deren Laufflächen, von
der Mittelstellung ausgehend, durch leichtes Anheben der Hebeldrehpunkte die gewünschten
Rückstellkräfte erzeugen. DieseRückstellkräfte bringen die Wiege 1 und damit den
Wagenkasten wieder in seine Mittelstellung. Bei den Ausführungsformen nach Abb.
5 bis 8, bei denen die Wiegenfedern 7 im Drehgestellrahmen 14 angeordnet sind, ist,
wie bereits erläutert, die Höhenänderung der Auflagepunkte 4, die durch Querbewegungen
hervorgerufen werden könnte, durch die schiefen Ebenen 10 kompensiert. Zusätzlich
kann diesen Auflageflächen eine solche Form gegeben werden, daß auch hier wieder
Rückstellkräfte auftreten, die den Wagenkasten wieder in seine Mittelstellung bringen.
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D. Seitenkräfte Bei Wankbewegungen wird die eine Drehgestellseite
durch eine Seitenkraft mehr belastet und die andere Seite um diese Kraft entlastet.
Durch das Verbindungsgestänge 11, 12 werden die Seitenkräfte, ebenso wie vorher
bei einseitig wirkenden Belastungen, in eine gleichmäßige senkrechte Kraft umgewandelt,
so daß Wankbewegungen des Wagenkastens ausgeschaltet sind.
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Die Anordnung gemäß der Erfindung hat somit den Vorteil, daß zur Aufnahme
der Querbewegung des Wagenkastens keine Pendelaufhängungen erforderlich sind, sondern
diese Bewegungen von der Wiegenabstützung selbst aufgenommen werden, die gleichzeitig
auch die erforderlichen Rückstellkräfte erzeugt. Ferner können infolge des Winkelhebeleffektes
die bekannten hydraulischen Dämpfungen für die Wiege entfallen. Die Erfindung ermöglicht
es daher, ein vollkommen mit Schraubenfedern ausgerüstetes Drehgestell ohne jegliche
hydraulische oder sonstige Dämpfung zu bauen. Gleichzeitig wird eine hohe Stabilität
gegen Wankkräfte erzielt und Neigungen des Wagenkastens infolge der Wankkräfte oder
durch einseitige Belastung vermieden.