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Verbindung zwischen dem Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs und einem
drehzapfenlosen Drehgestell Die Erfindung betrifft eine Verbindung zwischen dem
Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs und einem drehzapfenlosen Drehgestell unter
Verwendung von zwei in Längsrichtung des Fahrzeugs angeordneten Lenkern, die unter
Zwischenschaltung von Gummibuchsen am Drehgestell einerseits und beiderseits einer
nach abwärts gerichteten Konsole des Wagenkastens andererseits angelenkt sind.
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Bei Verbindungen dieser Art hat man jedoch die beiden Lenker derart
angeordnet, daß die Längsachsen der Lenker in der nicht ausgelenkten Lage nicht
in einer Geraden liegen. Die versetzte Anordnung der Lenker hat aber den Nachteil,
daß bei Brems- und Beschleunigungskräften in Fahrtrichtung sehr starke Drehmomente
auftreten, wodurch die Lenker und die Verbindungsstücke entsprechend stark ausgeführt
werden müssen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Verbindung unerwünschte
Drehmomente zu vermeiden und gleichzeitig die Federkennlinie der Abstützung zu verbessern.
Gleichzeitig soll der Aufbau der Verbindung vereinfacht werden, da zusätzliche Teile,
wie Federn od. dgl., die bei versetzter Lenkeranordnung notwendig sind, entfallen
sollen.
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Gemäß der Erfindung wird bei einer Verbindung zwischen dem Wagenkasten
und einem drehzapfenlosen Drehgestell der oben geschilderten Art die gestellte Aufgabe
dadurch gelöst, daß die beiden Lenker in der mittleren Fahrzeuglängsachse angeordnet
und die Gummibuchsen an den Anlenkstellen der Lenker auf Druck und Schub beansprucht
sind, wenn das Drehgestell Schwenkbewegungen ausführt. Zu diesem Zweck sind die
Gummibuchsen stärker ausgeführt als die bei versetzten Lenkern üblichen Buchsen,
welche relativ dünn und hart sind und hauptsächlich zur Absorption von Fahrgeräuschen
dienen. Die Gummibuchsen in der Lenkeranordnung gemäß der Erfindung erzeugen durch
Torsion Rückstellkräfte als Reaktion auf den Sinuslauf, während bei größeren Verschwenkungen,
wie sie beim Durchfahren einer Kurve auftreten, Kompressionskräfte infolge der Lageverschiebung
von Zapfen und Auge erzeugt werden. Damit ergibt sich eine erwünschte, starke Progressivität
der Rückstellkräfte.
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Die beiden Querträger des Drehgestells sind bei der Auslenkung der
Lenker aus der Fahrzeuglängsachse großen Biegekräften unterworfen. Es ist deshalb
zweckmäßig, zwischen diesen Querträgern eine mittlere Längsstrebe vorzusehen, die
an den äußeren Anlenkpunkten der Lenker angreift. Ferner ist es zweckmäßig, die
Querauslenkung der beiden Lenker durch Anschläge zu begrenzen. Als solche Anschläge
können die seitlichen Flansche der zur Biegeversteifung der Querträger vorgesehenen
mittleren Längsstrebe dienen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform können die Lenker bzw. ihre
Gummigelenke so angebracht sein, daß sie in der Mittellage in Längsrichtung unter
Druck stehen, wodurch der Anfangswiderstand gegen Schwenkbewegungen des Drehgestells
gegenüber dem Wagenkasten herabgesetzt wird.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, die Gelenke in den Lenkern sphärisch
bzw. im wesentlichen sphärisch auszubilden, wodurch sich eine Elastizität in senkrechter
Richtung ergibt.
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Das ganze Gewicht des Wagenkastens ruht in üblicher Weise auf Stützen,
die als Gummi- oder Gummimetallfedern ausgebildet, auf Druck beansprucht und seitlich
auf dem Drehgestellrahmen angeordnet sind.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Es zeigt F i g. l eine Seitenansicht des einen Endes eines Schienenfahrzeugs
gemäß der Erfindung, F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der F i g. 1 in
größerem Maßstab unter Fortlassung einzelner Teile und F i g. 3 einen Schnitt nach
der Linie III-III der F i g. 2.
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Der Wagenkasten des Fahrzeugs besteht aus dem Wagenaufbau 5 und dem
Rahmen 6. Beide Enden des Rahmens 6 ruhen auf je einem Drehgestell, das mit 7
bezeichnet
ist. Zug- und Bremskräfte werden durch eine Konsole 8, die von dem Rahmen 6 nach
unten abgeht, auf den Aufbau 5 übertragen. Das untere Ende der Konsole 8 trägt ein
Querstück 9, das an einer Platte 10 angeschraubt ist. Der mittlere Teil 11 der Platte
10 nimmt ein Paar Gelenke auf, von denen jedes aus einer inneren und einer äußeren
zylindrischen Hülse 12 bzw. 13 besteht, zwischen denen sich eine Gummibuchse 14
befindet. Die beiden äußeren Hülsen 13 befinden sich innerhalb des mittleren Teils
11 der Platte 10, während ein Paar Manschetten 16 in die innere Hülse 12 eingelassen
ist. Durch die Manschettenpaare 16 sind Zapfen 15 hindurchgeführt, die in der Mittellängsachse
des Fahrzeugs liegen.
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Das untere Ende der Konsole 8 und die damit fest verbundene Gelenkanordnung
liegen zwischen zwei Querträgern 17. Je eine Abstützung 18 ist mit jedem Querträger
17 fest verbunden und nimmt je eine Gummimetallbuchse auf, die aus einer inneren,
zylindrischen Hülse 21, einer äußeren, zylindrischen Hülse 22 und einer dazwischen
angeordneten Gummibuchse 23 besteht. Die äußere Hülse 22 paßt in die Abstützung
18 hinein, während in die innere Hülse 21 zwei Manschetten 20 (F i g. 3) hineinragen,
durch welche ein Zapfen 19 hindurchgeht. Die am Querträger 17 befestigten Zapfen
19 liegen ebenfalls in der Mittellängsachse des Fahrzeugs.
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Zwischen jedem Zapfen 15 und dem benachbarten Zapfen 19 erstreckt
sich ein Lenkerpaar 24. Zwischen den beiden Querträgern 17 ist eine U-förmige mittlere
Verstrebung 25, 26 vorgesehen, die so über den beiden Lenkerpaaren 24 liegt, daß
diese sich zwischen den nach unten gerichteten Flanschen 26 der Verstrebung befinden.
Die Verstrebung 25, 26 ist an den Querträgern befestigt und verhindert eine Bewegung
der beiden Querträger 17 gegeneinander.
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Wird der Wagenaufbau 5 gegenüber dem Drehgestell 7 nicht seitwärts
verschoben, so befinden sich die Lenker 24 in Längsrichtung des Fahrzeugs. Tritt
dagegen zwischen Drehgestell 7 und Aufbau 5 eine Bewegung in Seitenrichtung auf,
so wandert die Konsole 8 aus der Mittellängsachse des Fahrzeugs zur Seite aus und
nimmt die an ihr befestigten Enden der Lenker 24 mit, so daß die Lenker bzw. ihre
Gelenke nicht mehr in einer Geraden liegen. Die Folge davon ist, daß der Abstand
zwischen den Zapfen 15 und 19 größer wird, wobei diese Vergrößerung
durch Zusammendrückung der Gummibuchsen 14 und 23 ermöglicht wird. Infolge der Auslenkung
zur Seite hin wird auf die Gummibuchsen 14 und 23 ein gewisses Drehmoment
ausgeübt, wobei zu berücksichtigen ist, daß die innere und äußere Hülse
12 und 13 bzw. 21
und 22 jeder kombinierten Gummimetallhülse
starr mit den sie tragenden Teilen verbunden sind. Mit zunehmender seitlicher Auslenkung
nimmt die Steifigkeit der Gummibuchsen 14 und 23 entsprechend zu, so daß schnell
verhältnismäßig starke Kompressionskräfte erzeugt werden, welche den Seitenbewegungen
des Wagenaufbaues 5 gegenüber dem Drehgestell 7 einen Widerstand entgegensetzen.
Die Größe der seitlichen Auslenkung ist durch den Anschlag der Lenker 24 an die
Flanschen 26 der mittleren Längsstrebe 25 begrenzt.
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Jeder Konsole 8 sind als Seitenstützen ein Paar Gummimetallfedern
30 zugeordnet, welche mit der Oberseite der Längsträger 31 des Drehgestells 7 fest
verbunden sind. Das obere Ende jeder Gummimetallfeder 30 liegt an einer Auflage
32. die am Wagenrahmen 6 befestigt ist, so daß dieser Rahmen auf dem Drehgestell
7 beiderseits der Konsole 8 abgestützt ist.
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Jede Gummimetallfeder 30 besteht aus einer Anzahl von Gummischeiben
33 mit metallenen Zwischenscheiben 34 und metallenen Endplatten 35 und 36. Die Gummischeiben
33 sind mit den metallenen Zwischenscheiben 34 und den Endplatten 35 und 36 fest
verbunden. Vertikalbelastungen werden durch die Kompression der Gummimetallfedern
30 aufgenommen und Horizontalbewegungen zwischen Wagenaufbau und Fahrgestell durch
die Scherwirkung der Gummischeiben 33 der Seitenstützen. Die Endplatten 35 und 36
sind mit dem Rahmen 6 und dem Längsträger 31 verschraubt, so daß die zwischen Drehgestell
und Wagenaufbau in horizontaler Richtung auftretenden, gegenseitigen Bewegungen
durch elastische Stauchung des Gummis aufgenommen werden. Man kann aber auch die
Endplatte 36 mit dem Längsträger 31 verschrauben und die Endplatte 35 in eine Vertiefung
der Auflage 32 eingreifen lassen, so daß die Seitenstütze mit dem Rahmen 6 zwar
nicht fest verbunden, aber doch durch die Auflage 32 unter der Wirkung des Gewichts
des Wagenaufbaues in ihrer Lage festgehalten wird.
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Zug- und Bremskräfte werden im Betrieb auf die Lenker 24 übertragen
und wirken in Längsrichtung derselben. Diese Kräfte werden auf die Gummibuchsen
14 und 23 übertragen und dadurch in Kompressionskräfte verwandelt. Die seitlichen
Gummimetallfedern 30 tragen nicht wesentlich zur Weiterleitung der Zug- und Bremskräfte
oder zur Weiterleitung der Querkräfte bei; diese werden vielmehr im wesentlichen
völlig durch die aus Lenkern 24 und Gummibuchsen 14 und 23 bestehende Kombination
aufgenommen.
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Andererseits wirkt das Gewicht des Aufbaues 5 nicht auf die Lenkeranordnung,
sondern es ruht fast ausschließlich auf den Gummimetallfedern 30. Bei relativ
geringen Querbewegungen zwischen Drehgestell 7 und Wagenaufbau 5, 6 ist der Widerstand
der Lenker 24 nicht groß, wobei die Anfangssteifigkeit der Gummibuchsen
14 und 23 gering ist. Mit der Zunahme der Auslenkung zur Seite hin ergibt
sich aber eine rasche Erhöhung des Widerstandes, welche auf die entsprechende Vergrößerung
der Steifigkeit der Gummibuchsen 14 und 23 zurückzuführen ist, wenn diese zusammengepreßt
werden.
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Die vorher erwähnte anfängliche Quersteifigkeit kann durch die Montage
der Lenker 24 geändert werden, und zwar so, daß sie entweder unter Druck-oder
Zugbeanspruchung stehen. Die Lenker 24 können unter Druckbeanspruchung so
angeordnet werden, daß sie bei geringen Querbewegungen eine negative Steifigkeit
aufweisen, wobei das Maß der negativen Steifigkeit so gewählt wird, daß der von
den Gummibuchsen 23 ausgehende Scherwiderstand infolge Verdrehung solchen Bewegungen
gegenüber ausgeglichen oder leicht überschritten wird. Die negative Steifigkeit
wird dadurch erreicht, daß man den Abstand von einem Mittelpunkt der Lenker zum
anderen größer macht, als den Abstand der Zapfen 15 und 19, an denen
die Lenker 24 befestigt sind. Entsprechende Vorkehrungen können getroffen
werden, um den Lenkern 24 eine Zugvorspannung zu geben.
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Wenn die negative Steifigkeit so gewählt wird, daß sie die Scherwirkung
der Gummibuchsen 23 infolge
Verdrehung ausgleicht, dann ergibt sich
der Anfangswiderstand gegenüber Querbewegungen hauptsächlich oder vollständig durch
die Gummimetallfedern 30.
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Die Schaffung einer negativen Steifigkeit kann sich insofern als vorteilhaft
erweisen, als hierdurch der Anfangswiderstand gegenüber Schwenkbewegungen des Drehgestells
7 gegenüber dem Aufbau 5 herabgesetzt wird. Ein Einbau der Lenker 24 unter Druckvorspannung,
die, wie schon erwähnt, eine negative Steifigkeit herbeiführt, hat zur Folge, daß
die ganze beschriebene Gummiaufhängung eine Dämpfung für diejenigen Kräfte vorsieht,
welche Relativbewegungen zwischen dem Drehgestell ? und dem Wagenaufbau 5, 6 hervorrufen;
dabei wird in beträchtlichem Umfange Bewegungsenergie vernichtet. Die Freiheit der
Bewegung ist durch den Unterschied der Steifigkeit der Gummibuchsen. 23 und
der Gummimetallfedern 30 bestimmt, und eine derartige Bewegung wird nicht wesentlich
behindert.
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Die Gummimetallbuchsen 21, 22, 23 können von bekannter Bauart sein
und aus halbkugeligen Teilen bzw. Kugelschalen bestehen, welche einen geringen Widerstand
gegenüber Kräften ergeben, die eine relative Neigung der Achsen dieser Gelenke verursachen.
Dies ermöglicht eine größere Freiheit gegenüber Rollbewegungen des Wagenaufbaues
5, 6 auf dem Drehgestell ? und gegenüber einer Kippbewegung des Wagenaufbaues um
eine horizontale Querachse, wenn das Fahrzeug Erhebungen und Senkungen durchfährt.
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Die Ansprüche 4 bis 6 gelten als echte Unteransprüche nur in Verbindung
mit dem Anspruch 1.