DE1530112C3 - Drehgestellanordnung an Schienenfahrzeugen - Google Patents

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 Eigenschwingungsfrequenz der Fahrzeugfederung auftreten kann.

Um die Querschwingungsamplituden über den gesamten Fahrgeschwindigkeitsbereich möglichst klein zu halten, ist es ratsam, die Quereigenfrequenz möglichst 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 möglich. Mit zunehmender Dämpfung werden die Resonanzamplituden der erregten Schwingung kleiner; beim völligen Blockieren der

ίο 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 Schienenfahrkanten 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 Schwingungsamplituden 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 ^l 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 Dämpfern zur Querfederung bekannt, wobei die Dämpfungskraft 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 Ausfüh- ^. rung Tst aber keine Querfederung vorgesehen.

Außerdem ist es bekannt, Drehbewegungen und 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 L in Fahrtrichtung, so daß eine Dämpfung reiner Querschwingungen ausdrücklich ausgeschlossen ist.
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die

so 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 Quer-Schwingungsamplituden 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 Schienenfahrkanten vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Querschwingungsdämpfer sind vorteilhaft außerhalb 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 abge-

schaltet 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 konrnt die normale Dämpfung zustande.

Durch einseitige Anordnung eines Dämpfers zwischen Drehgestell und Brückenträger außerhalb der lotrechten Quermitt ^'ebene des Drehgestells wird eine Phasenverschiebung zwischen der Querfederbewegung und der Dämpferbewegung herbeigeführt. Dies bewirkt, 'daß die Quer schwingungen 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 Auslenki.. 2 des Dämpfers früher erfolgen, als die Auslenkung der S-iitenfederung. 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

U) 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

i> werden im Resonanzbereich erheblich verbesserte Laufeigenschaften 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 Brückenträger 1 das Drehgestell 2 mit den Radsätzen 3 an einem seitenbeweglichen Drehzapfen 6 angelenkt ist. Zur Aufnahme von seitlichen Stoßen sind die symmetrisch

2¹) 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 bezeichne-

jo ten lotrechten Quermittelebene des Drehgestells 2 angeordnet, so daß auch eine Phasenverschiebung zwischen Dämpferbewegung und Querfederbewegung vorhanden ist.

In F i g. 2 ist das Verhältnis von Schwingungsamplitu-

r> de zur Erregeramplitude über der Erregerfrequenz aufgetragen. Die senkrechte Linie 1 bezeichnet die Lage der Eigenfrequenz der ungedämpften Schwingung, während-die senkrechte Linie H das 1,4-fache der Eigenfrequenz zeigt.

Es sind mit a 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

4") 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 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

13 JU 1 LZ Patentansprüche:

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, d a durch 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 Querschwingungsdämpfern (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.