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Drehgestell, insbesondere verwindungsweiches Drehgestell für SchienenfahrzeAge.
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Es sind Drehgestelle für Schienenfahrzeuge bekannt, bei denen zwischen
dem Wagenkasten und dem Drehgestellrahmen ein'sogenannter Wiegenträger angeordnet
ist.
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Bei gebräuchlichen Ausführungsformen dieser Wiegenträgerdrehgestelle
stützt sich der Wagenkasten entweder über eine Drehpfanne, die gleichzeitig Mitnehmer
in Fahrtrichtung ist, oder über seitliche Gleitstücke auf dem Wiegenträger ab. Der
Wiegenträger selbst ruht auf Federn, die sich entweder direkt auf dem Drehgestellrahmen
abstützen, oder aber in sogenannten Federtrögen sitzen, die über Pendel am Drehgestellrahmen
aufgehängt sind. Bei einer Ausdrehbewegung des Drehgestelles gegenüber dem Wagenkasten
dreht sich der Wagenkasten auf dem Wiegenträger, wei dieser im Drehgestell geführt
ist.
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Bei einer anderen usführungsform von Wiegenträgerdrehgestellen ist
der Wiegenträger in Drehgestellmitte in einem Zapfen drehbar gelagert. Der Wiegenträger
stützt sich über seitliche Gleitstücke oder Rollen auf den Längsträgern des Drehgestellrahmens
ab. Der Wagenkasten stützt sich über Federelemente auf dem Wiegenträger ab und ist
auf beiden Seiten über in Fahrtrichtung zeigende Anlenkstangen mit dem Wiegenträger
verbunden. Beim Ausdrehen des Drehgeatcllos gegenüber dem Wagenkasten dreht sich
der Wiegenträger auf dem Drehgestellrahmen, Die seitlichen Anlenkstangen übertragen
di. in Fahrtrichtung wirlcegden Kräfte
vom Wagenkasten auf den Wiegenträger
und von dort über den Mitte zapfen auf den DrehgestellrAhmen Ein gemeinsames Merkmal
der bekannten Wiegenträgerdrehgestelle besteht darin, daß beim Ausdrehen des Drehgestelles
gegenüber dem Wagenkasten die Wagenkastenfederung an der Ausdrehbewegung nicht beteiligt
ist. Es entsteht also beim Ausdrehen des Drehgestelles keine in horizontaler Richtung
wirkende Rückstellkraft. Da jedoch die Ausirehung des Drehgestelles entweder in
der mittleren Drehpfanne oder über die seitlichen Gleitstücke erfolgt, sind beim
Einlauf in den Gleisbogen infolge der auftretenden Reibung erhebliche Ausdrehkräfte
zu überwinden. Dies hat nachteilige Folgen im Hinblick auf den Spurkranzverschleiß.
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Es ist nun schon versucht worden, für die Abfederung des Wagenkastens
auf dem Drehgestell, Stahlfedern zu verwenden, die auch in Querrichtung verformbar
sind. Bei Anwendung dieser sogenannter Flexicoilfederung müssen die Wagenkastenfedern
neben der senkrechten Belastung auch das Ausdrehen des Drehgestelles unter dem Wagenkasten
übernehmen.
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Bei Lokomotiven führten diese Versuche auch ZWEL Erfolg, während sich
bei Reisezugwagen beträchtliche Schwierigkeiten einstellten.
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Der Grund liegt darin, daß Reisezugwagen sehr viel höhere Zuladungsgewichte
aufnehmen müssen und daher die senkrechten Feder wege relativ groß sind. Außerdem
ist bei Reisezugwagen der Drehzapfenabstand wesentlich größer als bei Lokomotiven,
so daß der Ausdrehwinkel des Drehgestelles zum AuSbau bei Reisezugwagen größer ist,
als bei Lokomotiven.
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Besonders große Schwierigkeiten treten auf, wenn die Flexicoilfederung
bei Drehgestellen mit verwindungaweichem Drehgestellrahmen angewendet werden soll,
weil diese verwindungsweichen Drehgestellrahmen nicht in der Lage sind, größere
Drehmomente auf zunehmen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drehgestell
insbesondere ein verwindungaweiches Drehgestell für Sohienenfahrzee zu schaffen,
das die Nachteile der bekannten
Wiegenträgerdrehgestelle vermeidet
und das auch bei Fahrzeugen mit großen Zuladungsgewichten und großen Ausdrehwinkeln
des Dreh gestelles gegenüber dem Wagenkasten die Anwendung der Flexicoilfederung
erlaubt.
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Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß die federnde Abstützung
des Wagenkastens gegen das Drehgestell durch mindestens einen, in der Nähe der Mitte
des Drehgestellrahmens kardanisch am Drehgestellrshmen gelagerten Zwischenträger,
in der Weise aufgeteilt ist, daß sich der Wagenkasten über Stahlschraubenfedern,
die in Querrichtung verformbar sind, (Flexicoilfedern) auf dem Zwischenträger abstützt
und jeder Zwischenträger in der Nähe seiner äußeren Enden über mindestens in horizontaler
Richtung wirksame Federelemente mit dem Drehgestellrahmen verbunden ist.
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Auf diese Weise wird erreicht, daß die Stahlschraubenfedern nur den
Anteil des Gesamtausdrehweges zu übernehmen brauchen, den sie ohne Gefahr der Xberbeanspruchung
aufnehmen können. Dies ist durch entsprechende Dimensionierung der Federelemente,
über die der Zwischenträger mit dem Drehgestellrahmen verbunden ist, zu erreichen.
Es sind also in jedem Fall sowohl die Stahlschraubenfedern, als auch die Federelemente,
durch die die Zwischenträger mit dem Drehgestellrahmen verbunden sind, an den beim
Ausdrehen des Drehgestelles auftretenden Bewegungen beteiligt und die Zwischenträger
folgen bei einer Ausdrehbewegung des Drehgestelles unter dem Wagenkasten weder in
vollem Umfang dem Drehgestell noch dem Wagenkasten, sondern nehmen eine Zwischenstellung
zwischen beiden ein.
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Mit dem erfindungsgemäßen Drehgestell ist es möglich, die Ausdrehkräfte,
insbesondere beim Einfahren in den Gleisbogen,erheblich zu reduzieren. Die auftretenden
Rückstellkräfte wirken sich beim Ausfahren aus dem Gleisbogen günstig aus, in dem
sie die Rückführung des Drehgestelles in die normale Lage unterstützen.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Gegenstndes
der Erfindung liegen die Abstützpunkte der zwischen dem
Wagenkasten
und den Zwischenträgern angeordneten Stahlschraubenfedern auf den Zwischenträgern
außerhalb der Längsträger deg Dre gestellrahmelu Auf diese Weise läßt sich die Abstützbasis
der Wagenkastenfederung vergrößern, was zu einer Reduzierung der Wankbewegungen
des Fahrzeuges und damit zu einer Verbesserung der Laufgüte bei hohen Geschwindigkeiten
führt. Der durch die Verbreiterung der Abstützbasis vergrößerte Ausdrehweg an den
Wagenkastenfedern läßt sich durch die erfindungsgemäße Aufteilung der federnden
Abstützung leicht beherrschen.
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Die Verbindung der äußeren Enden der Zwischenträger mit dem Drehgestellrahmen
erfolgt zweckmäßiger Weise über Gummifedern. Dabei können die Gummifedern in vertikaler
Richtung zwischen der Unterseite der Zwischenträger und der Oberseite der Längsträger
des Drehgestellrahmens angeordnet sein. Sie können aber auch in horizontaler Richtung
zwischen der Vorder- bzw. Rückseite der Zwischenträger undeden Längsträgern des
Drehgestells festverbundenen vertikalen Widerlagern angeordnet sein. Im letzteren
Falle sind zwischen der Unterseite der Zwischenträger und der Oberseite der Längsträger
des Drehgestelles in vertikaler Richtung wirksame Abstützelemente angeordnet. Die
Abstützelemente nehmen die auf den Zwischenträger wirkenden Vertikalkräfte auf,
während die in horizontaler Richtung angeordneten Gummifedern die Horizontalkräfte
aufnehmen.
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Als Abstützelemente können an der Unterseite der Zwischenträger angeordnete
Rollen dienen. Es können aber als Abstützelemente auch Stütz- oder Hängependel oder
Hydraulikzylinder oder eine Kombination von beiden verwendet werden. Schließlich
können als Abstützelemente auch Gasfedern eingesetzt werden.
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Bei einer weiteren besonders zweckmäßigen'Ausführungsform des Gegenstandes
der erfindung besitzen die Zwischenträger die Form von Auslegern, die mit ihrem
inneren Ende über Kugelgelenke mit Drehgestellrahmen verbunden sind und an deren
äußerem Ende ein der mehrere Federtröge zur Aufnahme der den Wagenkasten ab-&tzenden
Stahlachraubenfedern angeordnet sind. Die Ausbildung er Zwischenträger als Ausleger
ist besonders vorteilhaft in
Fällen, wo das Fahrzeug mit einer zusätzlichen
Gleisbögen steuerung mittels eines Rydraulik- oder Luftzylinders ausgerüstet ist,
weil in diesem Falle nur der nach der Bogenaußenseite zeigende Ausleger über den
Hydraulikzylinder angehoben zu werden braucht, während der bogeninnere Ausleger
in Normalstellung bleibt. Außerdem ermöglicht die Verwendung der Ausleger auf einfache
Weise die Längsanlenkung des Drehgestelles z Wagenkasten, ohne Drehzapfen, in dem
die Drehgestellmitte durch eine Anlenkstange mit dem Wagenkasten verbunden ist.
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Weiterhin hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn zwischen Drehgestell
und Wagenkasten eine gl-eisbegenradiusabhängige Wagenkastenquerspielsteuerung angeordnet
ist, bei der die Steuervorrichtungen symmetrisch zur Mittelachse in Drehgestellängsrichtung
und gegen die Mittelachse in Drehgestellquerrichtung nach innen versetzt angeordnet
aind. Als gleisbogenradiusabhängige agenkastenquerspielsteuerung können Federelemente
mit begrenztem Federweg dienen, deren eines Ende mit einem Punkt des Drehgestelles
und deren anderes Ende mit dem Wagenkastenuntergestell verbunden ist.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele für den Gegenstand der Erfindung
anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Abbildung 1 ist ein Schnitt nach der Linie I-I in Abbildung 2, durch
ein Drehgestell gemäß der Erfindung.
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Abbildung 2 ist eine Aufsicht auf das Drehgestell gemäß Abbildung
1 bei abgenommenem Wagenkasten.
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Abbildung 3 ist ein Schnitt nach der Linie III-III in Abbildung 4,
durch eine andere Ausführungsform des Drehgestelles, Abbildung 4 ist eine Aufsicht
auf das Drehgestell nach Abbildung 3, bei abgenommenem Wagenkasten.
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Die Abbildungen 5 bis 8 zeigen im Teilschnitt verschiedene Ausfärurigformen
der Abstützeleinente zwischen dem Zwischenträger I.lnd deit Ltingstrager des Dreligesteiles.
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Abbildung 9 ist ein Querschnitt durch eine Ausführungsform eines Drehgestelles
mit Gleisbogensteuerung, im Normalzustand.
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Abbildung 10 ist ein Schnitt durch ein Drehgestell nach Abbildung
9 im gekippten Zustand.
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In den Abbildungen 1 und 2 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Drehgestelles dargestellt, wobei der Wagenkasten nur durch strichpunktierte Linien
angedeutet ist und in Abbildung 1 vom Drehgestell nur der Drehgestellrahmen dargestellt
und die für die Erfindung unwesentlichen Radsätze weggelassen sind.
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Am Drehgestellrahmen 1 sind über Kugelgelenke, zweckmäßiger Weise
Kugelgelenke 4, zwei Ausleger 3 angeordnet, die von der Mitte des Drehgestellrahmens
1 ausgehend, sich in Fahrzeugquerrichtung nach außen erstrecken und mit ihren äußeren
Enden über die, Längsträger ia des Drehgestellrahmens 1 hinausragen. Am äußeren
Ende jedes Auslegers 3 sind Federtröge 5 angeordnet, die åeweile zwei Stahlachraubenfedern
6a und 6b aufnehmen. Die oberen Enden dieser Federn 6a und 6b sind mit der Unterseite
des Wagenkastens 2 verbunden. Die Federn 6a und 6b sind Stahlschraubenfedern, die
in Querrichtung verformbar sind, also sogenannte Flexicoilfedern. Jeder der Ausleger
3 stützt sich in der Nähe seines äußeren Endes über eine Gummifeder 7a bzw. 7b auf
einem Längsträger 1a des Drehgestellrahmens 1 ab, wobei die Schubfederkonstante
der Gummifedern 7a und 7b so auf die Schubf ederkonstante der Stahlachraubenfedern
6a und 6 b abgestimmt ist, daß die Stahlschraubenfedern nur den Anteil des Gesamtausdrehweges
zu übernehmen brauchen, den sie ohne Gefahr der Überbeanspruchung aufnehmen können.
Die Gummifedern 7a und 7b beteiligen sich also am Ausdrehweg des Drehgestelles gegenüber
dem Wagenkasten.
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Zur Verdeutlichung dieser Vorgänge ist in Abbildung 2 das Drehgestell
in gegenüber dein Wagenkasten 2 ausgedrehtem Zustand dargestellt. Dabei ist bei
den Stahlschraubenfedern 6b jeweils das untere mit; Jein Ausleger 3 verbundene Ende
ausgezogen und das
obere mit dem Wagenkasten 2 verbundene Ende gestrichelt
dargestellt. Ebenso ist bei der Gummifeder 7b das untere, mit dem Längsträger 1a
verbundene Ende gestrichelt und das obere, mit der Unterseite des Auslegers 3 verbundene
Ende strichpunktiert dargestellt. Man erkennt deutlich, daß bei beiden Federarten
das obere gegen das untere Ende versetzt erscheint und zwar so, daß der Ausdrehweg
zwischen Drehgestell und Wagenkasten durch den Ausleger 3 in zwei teilweg aufgeteilt
erscheint.
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Zur Übertragung der lIängsbeschleunigungen ist in der Mitte des Drehgestelles
zwischen den kiardanischen Aufhängepunkten 4 der Ausleger 3, eine Anlenkstange 8
drehbar befestigt.
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Weiterhin ist das Drehgestell mit einer gleisbogenradiusabhängigen
Wagenkastenquerspielsteuerung versehen. Zu diesem Zweck sind in einer vom Abstand
der beiden Drehpunkte des Wagens und von der.gewünschten Größe e der Querspielveränderung
abhängigen Entfernung von der Mittelachse in Drehgestellquerrichtung nach innen,
d.h. nach der Wagnnmitte hin versetzt in gleichem Abstand von der Mittelachse in
Drehgestellängsrichtung Zusatzfedern 9 an Festpunktböcken 10 des Drehgestellrahmens
1 angeordnet. Die Festpunktböcke 10 bilden jeweils das ei@e der beiden Federwiderlager.
An den freien Enden der Federn 9 ist ,2 eils ein Federteller 11 angeordnet, der
über eine durch die Feder 9 h-ntXlxrchgeführte Zugstange 12 beweglich mit einer
Lasche 13 verbunden ist, die am Wagenkasten 2 angeordnet ist. Die Zusatzfedern 9
sind soweit gegeneinander vorgespannt, daß diese Vorspannung auch bei maximalem
Wagenkastenquerspiel nicht aufgehoben wird.
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Damit das maximal zulässige Querspiel nicht überschritten wird, ist
der Federteller 11 wie aus den Figuren ersichtlich, als Anschlag ausgebildet, der
mit dem Festpunktbock 10 zusammenwirkt und so den Federweg und damit das Querspiel
begrenzt.
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In den Abbildungen 3 und 4 ist eine gegenüber der in den Abbildungen
1 und 2 dargestellten Ausführungsform variierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Drehgestelles dargesteNlt.
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Dabei sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
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Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der vorbeschriebene Ausführungsform
vor allem dadurch, daß die mit dem Drehgestellrahmen 1 in der Nähe seiner Mitte
über Kugelgelenke 4 verbundenen Ausleger 3, sich über Stützrollen 14 auf den Längsträgern
ia des Drehgestellrahmens 1 abstützen. Zur Erzeugung der horizontalen Rückstellkraft
für das Zurückschwenken des Auslegers bei Kurvenfahrt sind å jeweils zwischen der
Vorder- bzw.
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der Rückseite jedes Auslegers 3 und in den Abbildungen 5-bis 8 näher
dargestellten, mit den Längsträgern la fest verbundenen Widerlagern 1b in horizontaler
Richtung wirkende Gummifedern 17 angeordnet. Die Druckfederkonstanten dieser Gummifedern
17 sind wiederum so auf die Schubfederkonstante der Stahlschraubenfedern 6a und
6b abgestimmte, daß diese bei maximalem Ausdrehweg nicht überbeansprucht werden.
Die Stahlschraubenfedern 6a, 6b sind wiederum an ihrem oberen Ende mit dem Wagenkasten
2 verbunden und sitsen in am äußeren Ende der Ausleger 3 angeordneten Federtrögen
5.
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Zur Verdeutlichung der Wirkungsweise der federnden Abstützung des
Wagenkastens sind in der rechten Hälfte von Abbildung 4 wiederum die Verhältnisse
dargestellt, wie sie bei ausgedrehtem Drehgestell vorliegen. Dabei sind wiederum
die unteren, mit dem Ausleger 3 verbundenen Enden der Stahlschraubenfeder 6b ausgezogen
und die oberen, mit dem Wagenkasten 2 verbundenen Enden dieser Feder gestrichelt
dargestellt0 Aus der Abbildung ist Qutlich zu ersehen, daß ein Teil des Ausdrehweges
zwischen dem Drehgestellrahmen 1 und dem Ausleger 3 erfolgt, wobei in der Darstellung
ein, insgesamt also zwei der Gummifedern 17 elastisch verformt werden. Der Rest
des Ausdrehweges erfolgt danti zwischen den Auslegern 3 und dem Wagenkasten 2. Hierbei
werden die Stahlschraubenfedern 6a und 6b, wie in der Darstellung an 6b gezeigt,
in horizontaler Richtung elastisch verformt.
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Zur Übertragung der iiängsbeschleunigungen dient wiederum eine, mit
einem Ende in der Mitte des Drehgestelles gelagerte Anlenkstange 8.
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In den Abbildungen 5 sind in Teildarstellungen verschiedene Möglichkeiten
der Abstützung der Ausleger 3 auf den Längsträgern
1a dargestellt.
Bei all diesen Ausführungsformen ist zur Erzeugung der Rückstellkraft für die Ausdrehbewegung
die Vorder- bzw. die Rückseite der Ausleger 3a bis 3d über Federn elemente, vorzugsweise
Gummifedern 17, mit Widerlagern ib verbunden, die fest am Längsträger la angeordnet
sind.
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Gemäß der Abbildung 5 erfolgt dann die Abstützung des Auslegers 3a
auf dem Längsträger 1a über ein Stützpendel 15. Das Stützpendel 15 bewegt sich bei
den Horizontalverschiebungen zwischen dem Drehgestellrahmen 1a und dem Ausleger
3a, um den Maximalwinkel α . Bei der Dimensionierung der Gummifedern 17 müssen
bei dieser Lösung außer der Abstimmung auf die Schubfederkonstanten der Stahlschraubenfedern
auch die bei schräg stehender Stütze 15 zusätzlich auftretenden Horizontalkräfte
berücksichtigt werden.
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Die Abstützung mittels eines Stützpendels kann noch ergänzt werden,
durch Ausbildung des Stützpendels als Hydraulikzylinder, wie dies in der Ausführungsform
gemäß Abbildung 6 dargestellt ist. In diesem Falle erfolgt die Abstützung des Auslegers
3b auf dem £ängsträger 1a, über einen Hydraulikzylinder 16 der als Dtütspendel ausgebildet
ist. Dieses Stützpendel bewegt sich bei den Horizontalverschiebungen des Auslegers
3b gegenüber dem Längsträger 1a des Drehgestellrahmens, um den maximalen Ausschlagwinkel
ß .
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Die Abstützung des Auslegers mittels eines Hydraulikzylinders hat
besondere Vorteile bei Fahrzeugen, die mit einer sogenannten Gleisbogensteuerung
ausgerüstet sind. Die Wirkungsweise einer solchen Gleisbogensteuerung sei nachstehend
anhand der Abbildungen 9 und 10 näher erläutert.
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bei dem in Abbildung 9 im Querschnitt gezeigten Drehgestell Liind
die Ausleger 3b über Kugelgelenke 4 in der Nähe der Mitte des Drehgestellrahmens
1 an diesem befestigt. In der Nähe ihrer äußeren Enden stützen sich die Ausleger
über flydraulikzylinder 16a und 16b auf den Langsträgern 1a des DrehKestellrahmens
ab.
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Anstelle der ifydraulikzylinder können selbstverständlich auch Luftzylinder
verwendet werden. Wie bei den anderen beacherebenen
Ausführungsformen
sind am äußeren Ende der Ausleger 3b Federtröge 5 angeordnet, in denen die Stahlschraubenfedern
6a und 6b sitzen, die mit ihren oberen Enden am Wagenkasten 2 angeordnet sind.
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In Abbildung 10 ist nunmehr dargestellt, wie sich diese Vorrichtung
verhält, wenn das Fahrzeug in eine Kurve einläuft.
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Über nicht dargestellte Vorrichtungen werden die Hydraulikzylinder
16a und 16b so angesteuert, daß, wie aus der Abbildung ersichtlich, der Wagenkasten
2 auf der bogenäußeren Seite angehoben und auf der bogeninneren Seite abgesenkt
wird. Selbstverständlich kann die Anordnung auch so getroffen werden, daß bei Kurvenfahrt
der Wagenkasteak nur an der bogenäußeren Seite angehoben wird, wobei in diesem Falle
bei dem bogenäußeren Hydraulikzylinder 16a der Hubweg doppelt so großr als wie beim
vorigen Beispiel sein muß. Bei der Abstützung des Auslegers 3b über einen als Stützpendel
ausgebildeten Hydraulikzylinder 16 nach Abbildung 6 müssen bezüglich der Dimensionierung
der Gummifedern 17 die gleichen Verhältnisse beachtet werden, wie bei der Ausführungsform
gemäß Abbildung 5.
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Es ist jedoch auch möglich, die Abstützung des Auslegers auf dem Drehgestellängsträger
mit einem Hydraulikzylinder in Kombination mit Abstützrollen vorzunehmen.
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Diese Ausführungsform ist in Abbildung 7 dargestellt. Der Ausleger
3c, der wiederum in horizontaler Richtung über Gummifedern 17 mit den Widerlagern
1b verbunden ist, stützt sich über den Hydraulikzylinder 18 und die an diesem angeordneteaStützrollen
19 auf dem Langsträger ia des Drehgestellrahmens ab.
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Die maximalen Verschiebungswege des Auslegers 3c gegenüber dem Drehgestell
sind mit x in Abbildung 7 angedeutet.
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Durch die Kombination der erfindungsgemäßen Abfederung des Wagen kastens
auf dem Drehgestell mit der Gleisbogensteuerung durch Hydraulikzylinder wird insbesondere
bei schnellfahrenden Fahrzeugen ein besonders günstiges Sahrverhalten erreicht.
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In Abbildung 8 ist gezeigt, daß die Abstützung des Auslegers auf dem
Drehgestellrahmen auch über eine Gasfeder vorgenommenwerden kann. Bei dieser Ausführungsform
ist der Ausleger 3d in horizontaler Richtung wiederum über Gummifedern 17 mit dem
Federwiderlager id verbunden. Die Abstützung in senkrechter Richtung erfolgt über
einen kleinen Luftfederbalg 20. Bei der Ausführunge form mit Luftfederabstützung
muß eine Balgform gewählt werden, die den Ausschwenkweg des Auslegers zuläßt'.'
Falls der Luftfederbalg selbst eine genügend große Rückstellkraft in horizontaler
Richtung liefert, kann auf die Anordnung der Zusatzfedern 17 verzichtet werden.
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