DE2000747C3 - Vorrichtung zur Übertragung der Zug-und Bremskräfte zwischen einem Drehgestell und dem Hauptrahmen von Drehgestell-Schienenfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Übertragung der Zug- und Bremskräfte zwischen einem drehzapfenlosen Drehgestell und den Hauptrahmen von Drehgestell-Schienenfahrzeugen, insbesondere von Triebfahrzeugen, bei der symmetrisch zur senkrechten Längsmittelebene an beiden Fahrzeugseiten Zug- und/oder Druckstangen mechanische Verbindungen zwischen dem einen Fahrzeugteil und den Kolben der am anderen Fahrzeugteil befestigten Hydraulikzylinder herstellen, wobei die Arbeitsräume der Hydraulikzylinder in Leitungsverbindung stehen.

Drehzapfenlose Drehgestelie, die mittels seitlich angeordneter Stangen am Hauptrahmen angelenkt sind, haben gegenüber Drehgestellen, die mittels Drehzapfen oder in Fahrzeuglängsmitte angeordneter Stangen am Hauptrahmen angelenkt sind, verschiedene Vorteile. Diese ergeben sich vor ailem aus der Tatsache, daß die Übertragung der zwischen Rad und Schiene erzeugten Zug- und Bremskräfte vom Drehgestell in den Hauptrahmen auf jeder Fahrzeugseite getrennt und ohne Umlenkung über die Fahrzeuglängsmitte, nämlich über die Achslagerrührungen und seitlichen Langträger des Drehgestells unmittelbar über die dort angelenkten Stangen in die seitlichen Langträger des Hauptrahmens erfolgt Die dadurch mögliche Einsparung von kräftigen Querträgern im Drehgestell sowie im Hauptrahmen des Fahrzeuges — die sonst die Zug- und Bremskräfte beispielsweise über einen mittleren Drehzapfen zu leiten hätten — ermöglicht entsprechende Verringerungen des Gewichts bei den Drehgestellen und dem Hauptrahmen sowie des Achsstandes bei den Drehgestellen, was sich besonders bei dreiachsigen Drehgestellen vorteilhaft auswirkt.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE-AS 12 32 609 bekannt. Diese bekannte Vorrichtung weist zwei symmetrisch zur senkrechten Längsmittelebene angeordnete Gelenksysteme auf, von denen jedes zwei durch eine Gelenkstange verbundene senkrechte Gelenkbolzen enthält. Von den jeweils zwei Gelenkbolzen ist einer am Hauptrahmen und der andere am Drehgestell festgelegt. Das drehgestellseitige Ende der Gelenkstangen ist dabei mit den Kolbenstangen der am Hauptrahmen befestigten hydraulischen Vorrichtungen verbunden.

Durch die Verwendung von senkrechten Gelenkbolzen und starren Gelenkstangen sind grundsätzlich nur Bewegungen des Drehgestells um eine lotrechte Achse möglich. Damit scheidet die Anwendung dieser Vorrichtung bei Fahrzeugen mit gefedert auf den Drehgestellen abgestützten Hauptrahmen von vornherein aus. Außerdem liegt dem Gelenksystem der bekannten Vorrichtung eine Viergelenkkette zugrunde, bei der die Summe von Steg (Lage und Entfernung der Gelenkbolzen im Fahrzeugkörper) und den beiden Gelenkstangen als Kurbeln gleich der Schwingenlänge (Lage und Entfernung der Gelenkbolzen im Drehgestell) ist, so daß nach den Grundzügen der Getriebelehre keine freie Bewegung der Viergelenkkette möglich ist. Damit sich das Drehgestell gegenüber dem Hauptrahmen um die Lotrechte drehen kann, müssen einzelne oder mehrere Teile der bekannten Vorrichtung oder der Drehgestellrahmen und/oder der Hauptrahmen elastisch verformt werden. Die elastische Verformung führt besonders in engen Gleisbogen zu nicht unerheblichen Spannungen, deren Reaktionskräfte übermäßigen Verschleiß an Spurkränzen und Schienen verursachen. Darüber hinaus wird der Einbauraum für die im Drehgestell unterzubringenden Aggregate wie Motoren, Getriebe, Antriebswellen und auch Bremseinrichtungen durch die quer nach innen zur Drehgestell-

Längsmitte hin angeordneten Gelenkstangen erheblich beeinträchtigt

Die Aufgabe der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Übertragung der Zug- und Bremskräfte nicht nur beim Verschwenken des Drehgestells um die lotrechte Achse funktionsfähig bleibt, sondern — wie dies z. B. bei einer flexicoilgefederten Abstützung des Hauptrahmens auf dem Drehgestell erforderlich ist — auch bei senkrechten Bewegungen und bei waagerechten Querbewegungen zwischen Hauptrahmen und Drehgestell wie auch bei Nick- und Wankbewegungen um jeweils waagerechte Achsen gewährleistet ist Alie diese Bewegungen sollen zwangslos ohne nachteilige Verspannungen an den Bauelementen des Fahrzeuges möglich sein. Die Zug- und Bremskräfte sollen elastisch übertragen werden. Außerdem soll der Einbauraum für die im Drehgestell unterzubringenden Aggregate von quer angeordneten Gelenkstangen und sonstigen Zug- und Bremskraftübertragungselementen frei gehalten werden.

Die Aufgabe wird bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff erfindungsgemäß durch die Kombination der im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen 3 bis 8 zu entnehmen, denen Bedeutung lediglich in Verbindung mit Anspruch 1 zukommt.

Mit Rücksicht auf möglichst geringen Aufwand an Kosten, Platzbedarf und Gewicht ist es vorteilhaft, an einem Fahrzeugteil doppeltwirkende Hydraulikzylinder zu befestigen, deren Kolben beziehungsweise Kolbe: stangen jeweils mit nur einer am anderen Fahrzeugteil angelenkten Stange verbunden sind. In diesem Fall wirkt die Stange in Abhängigkeit von der Fahrtrichtung als Zug- oder Druckstange.

Die Übertragung der Zug- und Bremskräfte kann jedoch auch mit einer Vorrichtung erfolgen, welche als Verbindungsglieder nur auf Zug beanspruchte Stangen enthält. Werden beispielsweise die Hydraulikzylinder am Hauptrahmen befestigt, sind deren Kolben jeweils mit zwei am Drehgestell angelenkten Stangen derart zu verbinden, daß an diese Stangen die Enden von zwei vor und hinter den Zylindern im Hauptrahmen gelagerten lotrechten Hebeln angelenkt sind, die ihrerseits mit den Enden der jeweils durchgehenden Kolbenstange kraftschlüssig verbunden sind. Um dabei die radiale Beanspruchung der Kolbenstangen-Führungsbuchsen infolge der besonders beim Verschwenken des Drehgestells auftretenden Reibung zwischen der Kolbenstange und den lotrechten Hebeln auf ein Minimum zu reduzieren, sind die Enden der Kolbenstange zweckmäßig mit entsprechenden Rollen versehen. Die Rollen haben etwas Spiel zu den lotrechten Hebeln, damit je nach Fahrtrichtung nur der an der auf Zug beanspruchten Stange angelenkte Hebel kraftschlüssig an der Kolbenstange anliegt, während der gegenüberliegende Hebel Spiel zur Kolbenstange hat; die zugehörige Stange bleibt somit spannungslos.

Die Anordnung der Vorrichtung kann auch derart erfolgen, daß die Hydraulikzylinder mit den entsprechenden Verbindungsleitungen und Zubehör im Drehgestell eingebaut und die nur >ut /ug zu beanspruchenden Stangen an beiden Enden der Kolbenstangen spielfrei, am Hauptrahmen jedoch mit ausreichendem Spiel kardanisch angelenkt sind.

Die Hydraulikzylinder können entweder starr oder elastisch befestigt sein. Zur Schonung der als Gleitbuchse im Zylinderdeckel ausgebildeten geschmierten

Führung sowie der Dichtung der Kolbenstange kann für diese außerdem eine kreuzkopfartige Führung außerhalb des Zylinders vorgesehen sein.

Die Rohrleitungen zwischen den Hydraulikzylindern können ohne besonderen Aufwand so verlegt werden, daß sie den Einbau anderer Bauteile im Fahrzeug nicht behindern. Die Rohre können außerdem im Querschnitt so reichlich bemessen werden, daß auch bei großen Durchflußmengen an Hydraulikflüssigkeit — z. B. beim Verschwenken des Drehgestells — kein nennenswerter innerer Widerstand entsteht Beim Verschwenken bleibt lediglich die gegen Drehgestellschlingern sogar nützliche Reibung zwischen Zylinderwandung und Kolbendichtungen sowie zwischen Kolbenstangen und zugehörigen Dichtungen und Führungen.

Durch die ausschließlich im Bereich der Drehgestell-Außenseiten angeordneten Zug- und/oder Druckstangen sowie Hydraulikzylinder, den Wegfall quer angebrachter Gelenkstangen und auch durch die problemlose Verlegung der Verbindungsrohrleitungen wird begehrter Einbauraum gewonnen, kann der Achsstand verringert und Gewicht eingespart werden.

Bei dem verhältnismäßig rauhen Betrieb im Schienenfahrzeugverkehr lassen sich Leckverluste im hydraulischen System nicht ganz vermeiden. In begrenztem Umfang können derartige Leckverluste — wie durch die eingangs erwähnte DE-AS 12 32 609 bekannt dadurch selbsttätig ausgeglichen werden, daß die Verbindungsleitungen mit elastischen Druckspeichern _ versehen sind. Diese Druckspeicher können als Zylinder mit einfachen oder als Druckübersetzer ausgebildeten Kolben und Belastungsfedern aus Stahl oder Gummi, aber auch als Gasdruckspeicher, Wellrohre oder als Speicher mit elastischen Membranen ausgebildet sein. Sie haben außerdem die Aufgabe, das Hydrauliksystem vor zu großen Druckänderungen infolge der durch Temperaturschwankungen bedingten Querschnitts- und Volumenänderungen zu bewahren. In jedem Falle muß eine ausreichende Druckvorspannung erhalten bleiben, damit die Dichtungen in den Zylindern funktionsfähig bleiben.

In Weiterbildung der Erfindung sind an sich bekannte Speise- und Ablaßventile sowie hochgespannte Speicher oder Förderpumpen (Hand- oder Motorpumpen) vorgesehen, durch die auch bei größeren Leckverlusten Menge und Druck der Hydraulikflüssigkeit in den getrennten Systemen geregelt werden kann.

Mit Rücksicht auf die in jedem Fall wünschenswerte elastische Kraftübertragung kann man die Federspeicher den Ansprüchen der verschiedenartigen Fahrzeuge entsprechend auslegen und einstellen. Eine größere Elastizität in der Zugkraftübertragung ist beispielsweise für elektrische Lokomotiven zur Schonung der Fahrmotoren bei schweren Anfahrten sehr erwünsch:.

Um das hydraulische System gegenüber zu großen Druckkräften, die beispielsweise bei schweren Aufstoßen des Fahrzeuges entstehen können, zu schützen, sind die Verbindungsleitungen mit Sicherheitsventilen versehen.

Durch die beschriebene Art der Kraftübertragung ergeben sich bei jedem Verschwenken des Drehgestells gegenüber dem Hauptrahmen gegenläufige Kolbenbewegungen in den beiden Hydraulikzylindern mit entsprechendem Ausgleich der Hydraulikflüssigkeit in den Ai beitsräumen der Zylinder über die Verbindungsleitungen. Das Verschwenken erfolgt jedoch ohne Verformung von Übertragungselementen, Hauptrahmen und Drehgestell gegen die Rückstellkräfte der

Flexicoilfedern zur Abstützung des Hauptrahmens auf dem Drehgestell. Lediglich während des Schwenkvorganges selbst ist zusätzlich die Reibung in den Hydraulikzylindern zu überwinden. Die übrigen Bewegungen zwischen Hauptrahmen und Drehgestell, zum Beispiel in lotrechter Richtung, in waagerechter Querrichtung sowie Nick- und Wankbewegungen, können in bekannter Weise allein gegen die Rückstellkräfte der Flexicoil-Schraubenfedern erfolgen; der hydraulische Teil der Kraftübertragungsvorrichtung wird hierbei nicht nennenswert in Anspruch genommen.

In den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Im einzelnen zeigen

Fig. la und Ib zwei etwas unterschiedliche Anlenkungen eines dreiachsigen Drehgestells an den Hauptrahmen einer elektrischen Drehgestell-Lokomotive, in Seitenansicht,

Fig. Ic die Anlenkung des in Fig. la dargestellten Drehgestells, in Draufsicht,

F i g. 2,3 und 4 drei weitere Anlenkungsmöglichkeiten eines dreiachsigen Drehgestells in teilweisen Seitenansichten.

F i g. 5 das Hydrauliksystem einer Drehgestell-Anlenkung nach F i g. 1 c, und

F i g. 6 das Hydrauliksystem der Anlenkung von zwei Drehgestellen am Hauptrahmen.

In allen Figuren sind übereinstimmend Drehgestelle mit 11 und die Hauptrahmen mit 12, jeweils auf beiden Fahrzeugseiten angeordnete Hydraulikzylinder mit 13 und 13' und in diesen bewegliche, an durchlaufenden Kolbenstangen 14 und 14' befestigte Kolben 15 und 15' bezeichnet. Zwei durch die Kolben 15 voneinander getrennte Arbeitsräume 16 und 17 eines Zylinders 13 sind mit öl gefüllt und mit entsprechenden Arbeitsräumen 16' und 17' eines jeweils auf der anderen Fahrzeugseite angeordneten Zylinders 13' über Rohrleitungen 26 bzw. 27 verbunden.

Bei den in Fig. la, Ib und Ic dargestellten Beispielen sind die Hydraulikzylinder 13 etwa im Bereich des inneren Endradsatzes des Drehgestells 11 unter dem seitlichen Langträger des Hauptrahmens 12 befestigt während die zugehörigen Kolbenstangen 14 jeweils an einem Ende über dort kardanisch angelenkte Zug- und Druckstangen 18 mit den seitlichen Langträgern des Drehgestells 11, und zwar in dessen lotrechter Quermittelebene, verbunden sind. Im Beispiel der Fig. Ib weist das Verbindungsgelenk zwischen der Kolbenstange 14 und der Zug- und Druckstange 18 eine kreuzkopfartige Führung 20 am Hauptrahmen 12 auf, um die Kolbenstangendichtungen im Zylinderdeckel zu schonen.

Die zwischen Rädern 21 und einer Schiene 22 auftretenden Zug- und Bremskräfte werden von den seitlichen Langträgern des Drehgestells 11 über die Zug- und Druckstangen 18, die Kolbenstangen 14 und die Kolben 15 und von dort über das Hydrauliköl in den Arbeitsräumen 16 oder 17 (je nach der Kraftrichtung) über die Zylinder 13 auf den Hauptrahmen 12 übertragen. Das Verschwenken der Drehgestelle gegenüber dem Hauptrahmen während der Kurvenfahrten wird dadurch ermöglicht, daß sich der Kolben 15 und 15' der Zylinder 13 bzw. 13', die auf beiden Fahrzeugseiten einander gegenüberliegen, in entgegengesetzten Richtungen bewegen können, wobei die aus den sich verkleinernden Arbeitsräumen verdrängten ölmengen durch die Rohrleitungen 26 bzw. 27 in die im gleichen Ausmaß sich vergrößernden entsprechenden Arbeitsräume auf der anderen Fahrzeugseite fließen. Den übrigen Bewegungen zwischen Drehgestellen und Hauptrahmen, z. B. in lotrechter Richtung, in waagerechter Querrichtung sowie beim Nicken und Wanken folgen die Zug- und Druckstangen 18 durch entsprechende Schrägstellung über die Kugelgelenke an ihren Enden.

Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Hydraulikzylinder 13 ebenfalls unter dem seitlichen Langträger des Hauptrahmens 12 befestigt, allerdings nicht im Bereich eines Endradsatzes des Drehgestells 11, sondern in dessen lotrechter Quermittelebene. Die dazu gehörende Kolbenstange 14 trägt an beiden Enden Rollen 24 und ist über diese mit je einem vor und hinter dem Zylinder 13 im Hauptrahmen 12 gelagerten lotrechten Hebel 23 kraftschlüssig verbunden, dessen unteres Ende über eine Zugstange 18 unterhalb des Zylinders 13 am seitlichen Langträger des Drehgestells 11 angelenkt ist. Die Rollen 24 haben etwas Spiel 5 gegenüber den lotrechten Hebeln 23, so daß etwa bei Antrieb des Drehgestells 11 nach rechts, wie in F i g. 2 dargestellt, nur die linke der beiden Zugstangen 18 den zugehörigen lotrechten Hebel 23 an die Rolle 24 am linken Ende der Kolbenstange 14 drückt, während die am rechten Ende angebrachte Rolle 24 das Spiel s zum benachbarten lotrechten Hebel 23 aufweist Die rechte Zugstange 18 kann daher nicht auf Druck beansprucht werden.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 3 und 4 ist der Hydraulikzylinder 13 in der Quermittelebene des Drehgestells 11 an dessen seitlichem Langträger befestigt, während die zugehörige Kolbenstange 14 entweder an beiden Enden (Fig.3) über je eine Zugstange 18 oder nur an einem Ende (4) über eine Zug- und Druckstange 18 am seitlichen Langträger des Hauptrahmens 12 angelenkt ist Im ersten Fall (Fig.3) ist dabei wieder ein Längsspiel s vorgesehen, um zu vermeiden, daß die Zugstangen 18 auch auf Druck beansprucht werden können. In beiden Fällen greifen die zwischen den Rädern 21 und der Schiene 22 auftretenden Zug- und Bremskräfte zunächst am Zylinder 13 an und werden von dort hydraulisch auf die Kolbenstangen 14 und sodann über die Zug- und/oder Druckstangen 18 auf den Hauptrahmen übertragen.

Die Fig. 5 und 6 zeigen die Hydrauliksysteme in Ausführungen, die den tatsächlichen Betriebserfordernissen Rechnung tragen. Im Beispiel nach F i g. 5 ist jede der Verbindungsleitungen 26 und 27 zwischen den einander entsprechenden Arbeitsräumen 16 und 16'

bzw. 17 und 17' an beiden Hydraulikzylindern 13 und 13' mit einem elastisch wirkenden Druckspeicher 28 verbünden, der als Zylinder mit einem durch eine Schraubenfeder 29 belasteten Kolben 30 ausgebildet und mit einem Sicherheitsventil 31 sowie einem Rückschlagventil 32 zum Nachfüllen von Hydrauliköl versehen ist

F i g. 6 zeigt nebeneinander zwei Hydrauliksysteme, von denen jedes zur Anlenkung eines Drehgestells 11 an den Hauptrahmen 12 dient An jeder der vier

Verbindungsleitungen ist in diesem Fall ein Gasdruckspeicher 33 mit Sicherheitsventil 34 angeschlossen. Außerdem ist zum Ausgleich größerer Leckverluste ein gemeinsamer größerer Gasdruckspeicher 35 (oder eine Förderpumpe) vorgesehen, der an jede der vier

Verbindungsleitungen über jeweils ein Rückschlagventil 36 und ein Speiseventil 37 angeschlossen ist Außerdem ist jede Verbindungsleitung mit einem Ablaßventil 38 versehen. Die Ventile 37 und 38 sind als Magnetventile

ausgebildet und können daher durch elektromagnetische Stellungswächter selbsttätig eingeschaltet werden, sobald die Kolben 15 in den Hydraulikzylindern 13 von ihrer Sollstellung (bei Geradeausfahrt in Zylindermitte) zu stark abweichen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

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Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Übertragung der Zug- und Bremskräfte zwischen einem drehzapfenlosen Drehgestell und dem Hauptrahmen von Drehgestellschienenfahrzeugen, insbesondere von Triebfahrzeugen, bei der symmetrisch zur senkrechten Längsmittelebene an beiden Fahrzeugseiten Zug- und/oder Druckstangen mechanische Verbindungen zwischen dem einen Fahrzeugteil und den Kolben der am ic anderen Fahrzeugteil befestigten Hydraulikzylinder herstellen, wobei die Arbeitsräume der Hydraulikzylinder in Leitungsverbindung stehen, gekennzeichnet durch die Kombination der für sich bekannten Merkmale, daß die Zug- und/oder '5 Druckstangen (18 und 18') jeweils an ihren beiden Enden kardanisch angelenkt sind (Fig.5) und in Verbindung mit Flexicoil-Schraubenfedern zur Abstützung des Hauptrahmens (12) auf dem Drehgestell (11) die elastische Übertragung der Zug- und Bremskräfte gewährleisten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (14) des an einem Fahrzeugteil (Drehgestell 11 bzw. Rahmen 12) befestigten Hydraulikzylinders (13) eine kreuzkopfartige Führung (20) aufweist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Enden der Kolbenstange (14) eines am Drehgestell (11) befestigten doppeltwirkender Zylinders (13) über je eine kardanisch angelenkte Zugstange (18) mit dem Hauptrahmen

(12) verbunden sind, wobei die Lagerung der Zugstange (18) an dem Hauptrahmen (12) ein Spiel (s) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden der Kolbenstange (14) eines an dem Hauptrahmen (12) befestigten doppeltwirkenden Hydraulikzylinders

(13) Rollen (24) aufweisen, über die sie mit je einem vor und hinter dem Zylinder (13) im Hauptrahmen ^o (12) gelagerten lotrechten Hebel (23) kraftschlüssig verbunden sind, wobei die anderen Enden der lotrechten Hebel (23) über Zugstangen (18) am Drehgestell (11) angelenkt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (24) gegenüber den lotrechten Hebeln (23) ein Spiel (s) aufweisen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Verbindungsleitungen (26 und 27) Speise- und Ablaßventile (37 bzw. so 38) sowie Gasdruckspeicher (35) oder Förderpumpen vorgesehen sind, durch die bei Bedarf, beispielsweise zum Ausgleich von Leckverlusten, Menge und Druck der Hydraulikflüssigkeit in diesen Leitungen geregelt werden kann.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen (26 und 27) mit Sicherheitsventilen (31 bzw. 34) versehen sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen (26 und 27) jeweils mit nachfüllbaren, elastisch wirkenden Druckspeichern (28 bzw. 33) versehen sind.

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