DE1530112B - Drehgestellanordnung an Schienenfahrzeugen - Google Patents
Drehgestellanordnung an SchienenfahrzeugenInfo
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Description
Schienenfahrzeuge, insbesondere Drehgestellfahrzeuge, werden vielfach mit einer Querfederung ausgerüstet,
um Seitenstöße und die durch den Sinuslauf der Achsen verursachten Querbewegungen elastisch
aufzunehmen, so daß die Anlaufkräfte zwischen Rad und Schiene vermindert werden. Das mit einer Querfederung
ausgerüstete Fahrzeug stellt ein in Querrichtung schwingungsfähiges System dar. Die Frequenz
der vom Sinuslauf erregten Schwingung wächst mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit, so daß bei bestimmten
Geschwindigkeiten Resonanz mit der Eigen-Schwingungsfrequenz der Fahrzeugfederung auftreten
kann.
Um die Querschwingungsamplituden über den gesamten Fahrgeschwindigkeitsbereich möglichst klein
zu halten, ist es ratsam, die Quereigenfrequenz mögliehst niedrig, beispielsweise mit 1 Hz zu wählen. Die
Resonanz tritt dann bei verhältnismäßig niedriger Fahrgeschwindigkeit auf, während bei höherer Fahrgeschwindigkeit,
d. h. im überkritischen Bereich, die erregten Schwingungsamplituden kleiner sind als die
Erregeramplituden, sofern die durch die höhere Fahrgeschwindigkeit hervorgerufene höhere Erregerfrequenz
mehr als das 1,4-fache der Eigenschwingungsfrequenz beträgt. Bei weiter zunehmenden Erregerfrequenzen
werden die Amplituden der erregten Schwingung immer kleiner. Behält ein Fahrzeug jedoch
über einen längeren Zeitraum die Geschwindigkeit, bei der Resonanz zwischen Erregerfrequenz und
Eigenschwingungsfrequenz auftritt, so werden die Schwingungsamplituden (Aufschaukeln) stark vergrößert.
Außerhalb des Resonanzbereiches können diese Schwingungsamplituden noch durch Dämpfer
mit gleichbleibender Dämpfungskraft, beispielsweise Reibungsdämpfer, klein gehalten werden, im Resonanzbereich
ist diese Dämpfwirkung jedoch nur durch eine schwinggeschwindigkeitsabhängige Dämpfung
ίο möglich. Mit zunehmender Dämpfung werden die
Resonanzamplituden der erregten Schwingung kleiner; beim völligen Blockieren der Federung durch die
Dämpfung gehen sie auf die Größe der Erregeramplituden zurück. Dabei tritt jedoch der Nachteil eines zu
harten Anlaufes der Spurkränze an die Schienenfahrkannten und damit eines erhöhten Verschleißes sowie
unerwünscht hoher Stoßkräfte im ganzen Fahrzeug ein.
Oberhalb des Resonanzbereiches hingegen, d. h. bei einem Verhältnis der Erregerfrequenz zur Eigenschwingungsfrequenz von mehr als 1,4 : 1, wirkt sich eine Dämpfung ungünstig aus, so daß die Schwin- r gungsamplituden vergrößert werden, bis im Grenzfalle des Blockierens der Federung gleichfalls die Größe der Erregeramplitude auftritt. Damit die günstigen Eigenschaften einer ungedämpften Federung im überkritischen Bereich voll genutzt werden können, darf daher die Dämpfung nicht zu groß gewählt werden, es sei denn, man versieht die Dämpfer mit einer Einrichtung zum Abschalten oder zum Verkleinern der Dämpferwirkung. Dafür müssen im Resonanzbereich oder darunter Schwingungsamplituden in Kauf genommen werden, die erheblich größer sind als die Erregeramplituden.
Oberhalb des Resonanzbereiches hingegen, d. h. bei einem Verhältnis der Erregerfrequenz zur Eigenschwingungsfrequenz von mehr als 1,4 : 1, wirkt sich eine Dämpfung ungünstig aus, so daß die Schwin- r gungsamplituden vergrößert werden, bis im Grenzfalle des Blockierens der Federung gleichfalls die Größe der Erregeramplitude auftritt. Damit die günstigen Eigenschaften einer ungedämpften Federung im überkritischen Bereich voll genutzt werden können, darf daher die Dämpfung nicht zu groß gewählt werden, es sei denn, man versieht die Dämpfer mit einer Einrichtung zum Abschalten oder zum Verkleinern der Dämpferwirkung. Dafür müssen im Resonanzbereich oder darunter Schwingungsamplituden in Kauf genommen werden, die erheblich größer sind als die Erregeramplituden.
Es sind zwar schon Parallelschaltungen von Dämpfernjzur
Querfederung bekannt, wobei die Dämp-
. »-fungskraft zur Federbewegung phasengleich ist. Im
Resonanzfall kann die Schwingungsamplitude aber nicht kleiner sein als die Erregeramplitude. Ferner ist
auch schon vorgeschlagen worden, Drehschwingungsdämpfer außerhalb der lotrechten Quermittelebene
unsymmetrisch anzuordnen. Bei dieser vorbekannten Ausführung ist aber keine Querfederung vorgesehen.
Außerdem ist es bekannt, Drehbewegungen und (v
Querschwingungen gleichphasig zu dämpfen. Hierfür sind einerseits Dämpfer an beiden Drehgestellenden
vorgesehen, aber die Abschaltung eines Dämpfers zur Erzeugung einer Phasenverschiebung ist weder erwähnt
noch konstruktiv dargestellt; andererseits sind die Dämpfer symmetrisch angeordnet und liegen
außerdem in Fahrtrichtung, so daß eine Dämpfung reiner Querschwingungen ausdrücklich ausgeschlossen
ist.
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile einer ungedämpften
Schwingung im überkritischen Bereich mit einer wirkungsvollen Dämpfung im Resonanzbereich und
darunter so in Einklang zu bringen, daß in Querrichtung optimale Laufeigenschaften erzielt werden. Die
Querschwingungsamplituden im Resonanzbereich sollen so klein wie möglich werden, gleichzeitig soll
jedoch die Weichheit der Querfederung nicht beeinträchtigt werden, damit harte Stöße beim Anlaufen
der Spurkränze an die Schienenf ahrkanten vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Querschwingungsdämpfer sind vorteilhaft außer-
halb der lotrechten Quermittelebene jedes Drehgestells sowohl nach der Fahrzeugmitte zu als auch
nach dem Fahrzeugende zu angeordnet, wobei jeweils die in Fahrtrichtung vor der Quermittelebene liegenden
Dämpfer eingeschaltet, die dahinterliegenden abgeschaltet sind. Zur Dämpfung mit geschwindigkeitsabhängiger
Dämpfungskraft können hydraulische, pneumatische oder elektrische Dämpfer, letztere beispielsweise
in Form einer Wirbelstrombremse, vorgesehen sein.
Damit bei höherer Erregungsfrequenz die Vorteile des überkritischen Fahrzeuglaufs ausgenutzt werden,
sollen die Querschwingungsdämpfer in ihrer Dämpferwirkung frequenzabhängig regelbar ausgebildet
sein. Eine frequenzabhängige Dämpfung kann durch gefederte Anlenkung mindestens je eines Querschwingungsdämpferendes
erzielt werden.
Der mit der Erfindung erzielte Fortschritt ist im folgenden näher beschrieben.
Bei Drehgestellfahrzeugen führen die Achsen einen ähnlichen Sinuslauf aus, wie bei frei rollenden einzelnen
Achsen, wobei im allgemeinen beide Achsen hintereinander auf derselben sinusförmigen Wellenbahn
laufen. Infolgedessen führt der Drehgestellrahmen außer Querbewegungen auch Drehbewegungen aus.
Die Erfindung bezweckt einzig und allein eine Verminderung
der Erregung von Seitenschwingungen des Wagenkastens und nicht des Drehgestells, veranlaßt
durch den Sinuslauf des Drehgestells dadurch, daß die Schwingungsdämpfer, die selbst nicht Gegenstand
der Erfindung sind, an der günstigsten Stelle angeordnet sind. Sind Dämpfer und Federn an der gleichen
Stelle angebracht, so beträgt die Phasenverschiebung zwischen Dämpfkraft und Federkraft 90°. Durch
diese Phasenverschiebung kommt die normale Dämpfung zustande.
Durch einseitige Anordnung eines Dämpfers zwischen Drehgestell und Brückenträger außerhalb der
lotrechten Quermittelebene des Drehgestells wird eine Phasenverschiebung zwischen der Querfederbewegung
und der Dämpferbewegung, herbeigeführt. Dies bewirkt, daß die Querschwingungen des Wagenkastens
auch im Resonanzbereich so hinreichend gedämpft werden, daß die Amplituden der erregten
Schwingung kleiner werden als die Erregeramplituden.
Die Dämpfung kann noch gesteigert werden, wenn die Phasenverschiebung größer als 90° wird, im Idealfalle
180°. Dazu muß die Auslenkung des Dämpfers früher erfolgen, als die Auslenkung der Seitenfederung.
Dies wird dadurch erreicht, daß sich die Dämpfer in Bezug auf die Fahrtrichtung am vorderen
Ende des Drehgestelles befinden. Bei überkritischer Erregung ist jede Dämpfung überflüssig. Bei hohen
Erregerfrequenzen (hohe Fahrzeuggeschwindigkeit) sollte daher die Dämpferkraft verringert werden,
etwa durch eine Feder in Serie mit den Dämpfern, die bei den meisten Dämpfern ohnehin vorhanden ist.
Als weiterer durch die Erfindung bewirkter Fortschritt ergibt sich noch folgendes:
Durch die gegenüber der Federbewegung phasenverschobene Dämpfung wird sowohl die Drehbewegung
des Drehgestells als auch die Querbewegung beeinflußt. Dabei entsteht eine Richtkraft, die bestrebt
ist, das Drehgestell im Gleis ständig in der Mittellage zu führen und die somit den Drehgestellauf stabilisiert
und gleichzeitig die Erregeramplituden verringert. Durch gleichzeitige Verringerung des Verhältnisses
der Amplitude der erregten Schwingung zur Erregeramplitude werden im Resonanzbereich erheblich
verbesserte Lauf eigenschaften erzielt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden
näher beschrieben. Die
F i g. 1 zeigt schematisch eine Hälfte eines Drehgestellschienenfahrzeugs,
wobei unter dem Brückenträgerl das Drehgestell mit den Radsätzen 3 an einem
seitenbeweglichen Drehzapfen 6 angelenkt ist. Zur Aufnahme von seitlichen Stoßen sind die symmetrisch
zur mit B bezeichneten Längsmittelebene Querfedern 4 angeordnet. Damit beim Sinuslauf des
Drehgestells 2 eine Phasenverschiebung zwischen Drehbewegung und translatorischer Querbewegung
eintritt, ist der Querschwingungsdämpfer 5 außerhalb der mit A bezeichneten lotrechten Quermittelebene
des Drehgestells 2 angeordnet, so daß auch eine Phasenverschiebung zwischen Dämpferbewegung und
Quejrjederbewegung vorhanden ist;
• *- F i g. 2 ist das Verhältnis von Schwingungsamplitude
zur Erregeramplitude über der Erregerfrequenz aufgetragen. Die senkrechte Linie I bezeichnet die
Lage der Eigenfrequenz der ungedämpften Schwingung, während die senkrechte Linie II das 1,4-fache
der Eigenfrequenz zeigt.
Es sind mit α weiter das Amplitudenverhältnis bei ungedämpfter Schwingung bezeichnet, mit b das Amplitudenverhältnis
bei gleichphasig gedämpfter Schwingung mit einem Dämpfungsfaktor von 0,3 und
mit c das Amplitudenverhältnis einer Schwingung mit einer phasenverschobenen Dämpfung, wie sie der Gegenstand
beinhaltet.
Die waagerechte Linie d zeigt die Größe der Erregeramplitude
bzw. die Größe der Schwingungsamplitude bei blockierter Federung.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Drehgestellanordnung an Schienenfahrzeugen mit bei hoher Fahrgeschwindigkeit überkritischer
Querfederung zwischen Brücke und Drehgestellen und mit außerhalb der lotrechten Quermittelebene
jedes Drehgestells angeordneten, in Fahrzeugquerrichtung wirkenden Schwingungsdämpfern
mit geschwindigkeitsabhängiger Dämpfungskraft, dadurch gekennzeichnet, daß die
resultierende Querdämpfungskraft ■ an jedem Drehgestell (2) vor oder hinter dessen Quermittelebene
(A) angreift, so daß beim Sinuslauf der Drehgestelle stets eine Phasenverschiebung zwischen
den Bewegungen von Querschwingungsdämpfem (5) und Querfedern (4) vorhanden ist.
2. Drehgestellanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschwingungsdämpfer
(5) außerhalb der lotrechten Quermittelebene (A) jedes Drehgestells sowohl nach der
Fahrzeugmitte als auch nach dem Fahrzeugende zu angeordnet sind, wobei jeweils die in Fahrtrichtung
vor der Quermittelebene liegenden Dämpfer eingeschaltet, die dahinterliegenden abgeschaltet
sind.
3. Drehgestellanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschwingungsdämpfer
(5) in ihrer Dämpferwirkung frequenzabhängig regelbar ausgebildet sind.
4. Drehgestellanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß durch gefederte Anlenkung mindestens je eines Querschwingungsdämpferendes (5)
eine frequenzabhängige Dämpfung erzielt wird.
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