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Einrichtung zum Steuern der Querbewegungen zwischen dem Drehgestell
und dem Wagenkasten eines Sohienenfahrzeuges Bekanntlich bewegen sich die Drehgestelle
von Schienenfahrzeugen auf geraden Strecken nicht geradlinig sondern wellenförmig
entsprechend einer Sinuslinie. Die Wellenlänge ist abhängig von der Kegelneigung
der Laufflächen der Räder, vom Raddurchmesser und vom Abstand der Laurkreisebenen,
nicht aber von der Fahrgeschwindigkeit (Klingeltsche Formel). Die Frequenz des Sinuslaufes
ist proportional der Fahrgeschwindigkeit, so daß sich bei doppelter Fahrgeschwindigkeit
die doppelte Schlingerfrequenz ergibt. Nun regt aber der Sinuslaui der Drehgestelle
den Wagenkasten
mehr oder minder stark zu Wankbewegungen an. Sie
erreichen ihren Größtwert bei jener Fahrzeuggeschwindigkeit, bei der die Schlingerfrequenz
der Drehgestelle und die Wankirequenz des Wagenkastens gleich groß sind, d.h. wenn
also Resonanz besteht. Jedes Fahrzeug besitzt nun eine solche kritische Geschwindigkeit
bzw.einen solchen Geschwindigkeitsbereich, der womöglich niedrig sein soll, danit
die Rückwirkung des Sinuslaufes der Drehgestelle auf den Wagenkasten bei hohen Geschwindigkeiten
gering ist, Der Sinus lauf der Drehgestelle beeinflußt aber nicht nur den Fahrkonfort,
sondern führt auch zur rascheren Abnützung der Schiene und des Spurkranzes der Radreifen.
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Es wurde daher schon wiederholt versucht, durch Querfederung der Räder,
der Achsen oder des ganzen Drehgesteller den Sinus lauf zu beeinflussen oder ganz
Zu verhindern, was aber bisher weder durch eine Federung noch durch Dämpfer gelang.
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Ziel der Erfindung ist daher eine Vorrichtung, die zwischen Wagenkasten
und Drehgestell montierbar ist und die das Schlingern in den geraden Streokenteilen
verhindert, ohne jedoch die elastische Verdrehung des Drehgestelles zu behindern.
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Die Erfindung besteht im Wesen darin, daß eine Einrichtung zum Steuern
der Querbewegungen zwischen dem Drehgestell und den Wagenkasten eines Schienenfahrzeuges
zur Verhinderung des Sinusganges des Drehgestelles am Rahmen des Wagenkastens oder
Drehgestelles mindestens zwei Druckzylinder angeordnet sind, an deren Kolben räumlich
bewegbare Lenker angelenkt sind, die mit ihren freien Enden bei Deckung der Längssymmetrieachsen
des Wagenkastens und des Drehgestelles an einem bzw. zwei am Drehgestell- bzw.
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Wagenkastenrahuen vorgesehenen Anschlägen anliegen, wobei die Kolben
der Druckzylinder sich in der Stellung des größten Hubes befinden.
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In der Null-Stellung, bei der die Symmetrieachse des Wagenkastens
sich mit der der Drehgestelle deckt, wird bei richtiger Einstellung der Kolben,
der z.B. am Wagenkastenrahmen angeordneten Zylinder über die Lenker keine Kraft
auf die am Drehgestell angebrachten Anschläge ausüben. Versucht nun das Drehgestell
wegen der Köhendifferenz zwischen linker und rechter Schiene oder durch die Stellung
der konischen Laufflächen der Laufräder nach rechts oder nach links auszuweichen,
so muß das Drehgestell zunächst die Druckkraft (Vorspanndruck) von einem bzw. zwei
Druckluftzylinder überwinden. Die lotrechten Wagenkastenbewegungen
werden
durch die räumlich bewegbarenLenkerstangen aufgenommen.
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Die beiden Druckzylinder können an einer Seite der Längs-oder Querachse
des Wagenkastens oder des Drehgestelles parallel zu dieser angeordnet sein und auf
einen Anschlag einwirken. Es ist aber auch möglich, je einen Zylinder zu beiden
Seiten der Längs- oder Querachse vorzusehen und sie mit je einem Anschlag zusammenarbeiten
zu lassen. Ebenso kann je ein Zylinder parallel zur Längsachse und zur Querachse
liegen. In jedem Fall wirkt nur ein Druckzylinder der Verdrehung des Drehgestelles
entgegen.
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Ist der elastische Druck, mit dem die Kolben gegen ihre Endstellung
gepreßt werden, größer als die Kraft, mit der das Drehgestell nach rechts oder links
auszuweichen versucht, so wird die Drehbewegung und somit das Schlingern des Drehgestelles
verhindert. Erfahrungsgemäß wird für ein Drehgestell mit einem Druckzylinderpaar
das Auslangen gefunden; es können jedoch zur Verstärkung des Effektes oder aus konstruktiven
Gründen auch mehr Druckzylinderpaare verwendet werden.
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Als Druckzylinder eignen sich mit Luft beaufschlagte Zylinder oder
Hydraulikzylinder; es können aber auch als auf die Kolben der Druckzylinder einwirkendes
Druckmittel vorgespannte Federn verwendet werden, wobei die Zylinder mit Öl gefüllt
sein können, das als Dämpfung wirkt. Ebenso sind Luftzylinder geeignet. Zweckmäßig
ist zur Anpassung der Druckzylinder an die besondere Ausbildung des Fahrgestelles
der Schienenfahrzeuge bzw.
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an die Betriebsverhältnisse der Vorspanndruck der Medien bzw. die
Vorspannung der. Federn einstellbar. Zur Einstellung des Druckes bei Druckluft zylinder
ist erfindungsgemäß ein Druckregelventil, bei Hydraulikzylindern kann beispielsweise
ein parallel geschalteter oder vorgeschalteter Kugeldruckspeicher vorgesehen sein.
Bei dieser Anordnung steht das Ö1, das die Kolben in seine Endstellung preßt, unter
Gasdruck, so daß der Kolben dauernd in seiner Endstellung gehalten wird, aber auch
elastisch nachgeben kann. Die Vorspannung der die Kolben belasteten Federn kann
mit Hilfe eines Schraubenbolzens erfolgen.
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Beim Beiahren eines Gleisbogens wird das Drehgestell, durch die Führung
des äußeren Schienenstranges, entsprechend
dem Bogenradius einen
bestimmten Winkel zum Wagenkasten einnehmen, so daß einer der Druckzylinder, z.B.
bei Anordnung eines Zylinderpaares, elastisch zusammengepreßt wird. Das Drehgestell
wird daher nicht nur wegen des Spießganges, sondern auch wegen der auf ihn einwirkenden
elastischen Druckkraft gegen den äußeren Spurkranz gepreßt. Es ist daher vorteilhaft,
beim Befahren von Gleisbögen, insbesondere mit größerer Krümmung und Überhöhung
den Druck der auf das Drehgestell einwirkenden Druck luftzyl inder bzw. auf deren
Kolben abzulassen. Zu diesem Zweck können die Winkel, die sich in der Geraden durch
das Schlingern zwischen Wagenkasten und Drehgestell ergeben, oder die diesen Winkel
entsprechenden Kolbenwege zur Steuerung der Druckwegnahae im Gleisbogen verwendet
werden.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist am Rahmen des Drehgestells
oder Wagenkastens ein weiteres Druokregelventil und am Rahmen des Wagenkastens oder
Drehgestelles ein Anschlag angeordnet, der, wenn ein bestimmter Winkel zwischen
dem Drehgestell und dem Wagenkasten erreicht ist, das Ventil betätigt. Dieses Ventil
kann als Dreiweghahn ausgebildet sein, so daß die Luft aus dem Zylinder entweichen
kann, aber auch gleichzeitig die Luftzufuhr gesperrt wird.
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Vorzugsweise ist die Lage des Anschlages einstellbar.
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Bei Verwendung eines Verzögerungsventiles kann die Druckluft zeitverzögernd
abgelassen werden.
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Bei der Fahrt im Gleisbogen stellen sich die Achsen eines Drehgestelles
so ein, daß der vordere Radsatz an der äußeren Schiene und der hintere Radsatz an
der inneren Schiene anläuft (Spießgang). Durch das Anlaufen an der Außenschiene
entsteht ein relativ hoher horizontaler Seitendruck, der nur von einem Rad bzw.
dessen Spurkranz aufgenommen wird, was einen hohen Spurkranz-bzw. Schienenverschleiß
verursacht. Um diesen Seitendruck herabzusetzen und damit den Verschleiß zu vermindern,
ist erfindungsgemäß ein zusätzlicher Druckzylinder vorgesehen, der auf das Drehgestell
ein Drehmoment ausUbt, das dem beim Fahren im Gleisbogen sich ergebenden Drehmoment
entgegenwirkt.
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Diese Steuerung ist daher ähnlich der Steuerung von Straßenfahrzeugen.
Nur ist es bei Gleisfahrzeugen einfacher bzw. zweckmäßiger, mit einem konstanten
Drehmoment zu fahren, da selbst ein zu sehr verdrehtes Drehgestell (entgegen dem
Spießgang) sich nur positiv auf die Fahreigenschaft auswirken kann. Die vom Kolben
dieses Druckzylinders auf das Drehgestell einwirkende Kraft soll
elastisch,
nachgiebig und außerdem auch regelbar sein.
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Die Regelbarkeit dürfte insbesondere bei Triebfahrzeugen von besonderem
Vorteil sein. Als Regelorgan kann wieder gemäß der Erfindung ein mit einem Anschlag
zusammenwirkendes Ventil verwendet werden.
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Die Druckkraft sowohl der den Sinusgang verhindernden Zylinder als
auch der den Anpreßdruck vermindernden Zylinder kann auch durch ein Kreisel oder
ein Pendel geregelt werden, die neuerdings zur Steuerung eines luftgefederten Wagenkastens
im Gleisbogen verwendet werden. Es könnte daher bei modernen Schienenfahrzeugen
mit einem Steuerorgan, wie Pendel oder Kreisel usw. nicht nur die Verdrehung des
Wagenkastens gegen die Fliehkraft, sondern gleichzeitig auch das Drehgestell zum
Wagenkasten entsprechend den Erfordernissen des Gleisbogens gesteuert werden. Außerdem
kanngwie schon ausgeführt wurde, von den gleichen Organen die Haltekraft der Druckluftzylinder,
die das Schlingern verhindert, wenn erforderlich durch Ablassen der Druckluft aufgehoben
werden.
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Es sei noch bemerkt, daß die beschriebene Einrichtung in jedes Fahrzeug
mit Drehgestellen auch nachträglich eingebaut werden kann.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt. Fig. 1 und 3 zeigen mögliche Anordnungen der Druckzylinder
zur Verhinderung des Sinusganges bzw. zur Verminderung des Anpressdruckes; Fig.
2 einen Längsschnitt eines Zylinders mit einem federbelasteten Kolben; Fig. 4 und
5 die Aufhängung eines Druckzylinder in Seitenansichten und Fig. 6 eine Einzelheit.
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Die Fig. 1 zeigt schematisch die Umrisse des Drehgestelles 1 und des
teilweise dargestellten Wagenkastens 2; die Fahrtrichtung ist durch den Pfeil 3
angegeben. Am Rahmen des Wagenkasten sind Druckluftzylinder 4, 5 angeordnet, deren
Kolben 6, 7 sich unter dem Einfluß der Druckluft in der Stellung des größten hubes
befinden, wenn die Achsen des Drehgestelles und des Wagenkastens sich decken.
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An den Kolben sind räumlich bewegbare Lenker 8, 9 angelenkt, die mit
ihren freien Enden an einem Anschlag 10 anliegen, der am Drehgestell befestigt ist.
Einer Verdrehung, z.B . des Drehgestelles und damit des Anschlages 10, z.B. im Uhrzeigersinn,
wirkt der Kolben 6 des Zylinders 4 unter dem Druck des Druckmediums elastisch entgegen,
wobei der elastische Druck auf den Kolben so bemessen ist, daß er die die Verdrehung
des Drehgestelles bewirkende Kraft überwindet. Bei einer Verdrehung in
der
entgegensetzten Richtung fällt diese Aufgabe dem Kolben 7 des Zylinders 5 zu. Die
Zylinder können aber auch senkrecht zur Längsachse des Wagenkastens angeordnet sein,
wie dies durch die gestrichelt dargestellten Zylinder 11, 12 und den Anschlag 13
angedeutet.iet. Die gleiche Wirkung wird durch die Zylinder 4, 14 oder 12, 14 erzielt.
Aus konstruktiven Gründen können auch zwei Druckzylinderpaare vorgesehen werden,
z.B. das Paar 4,5 und das Paar 11, 12 oder das Paar 12, 14. Anstelle der Druckluftzylinder
sind auch Hydraulikzylinder geeignet, aber auch Zylinder nach der Fig. 2, deren
Kolben 15 von einer vorgespannten Feder 16 in die Stellung des größten Hubes gedruckt
wird. In dieser Stellung wird der Kolben, so wie auch die Kolben der pneumatischen
oder hydraulischen Zylinder, durch die vordere Stirnwand gehalten. Selbstverständlich
könnten auch im Zylinder Begrenzungsanschläge vorgesehen sein. Wie schon beschrieben,
kann die Vorspannkraft des Druckmediums durch nicht dargestellte Druckreglerventile
bzw. der Feder durch eine Spindel 17 eingestellt werden, In Fig. 3 ist wieder das
Drehgestell mit 1, der Wagenkasten mit 2 und die Fahrtrichtung mit 3 bezeichnet.
Zur Verhinderung des Sinusganges sind die mit dem Anschlag 10
zusammenwirkenden
Druckzylinder 4, 5 angeordnet. Zur Verminderung des Anpreßdruckes des vorderen Radsatzes
des Drehgestelles an der Außenschiene eines Gleisbogens ist am Wagenkasten ein pneumatischer
oder hydraulischer Druckzylinder 18 vorgesehen, der mittels eines Lenkers 19 an
einer Verankerung 20 am Drehgestell angelenkt ist.
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Die Größe der auf das Drehgestell durch diesen Zylinder ausgeübten
Kraft ist durch zwei Ventile 21 regelbar, die am Wagenkasten 2 angeordnet sind und
durch einen am Drehgestell oder am Zylinder bzw. an dessen Aufhängekonstruktion
vorgesehenen Anschlag 22 steuerbar sind(Fig. 5 und 6).
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Die Druckzylinder 4, 5, 13, 14 zur Verhinderung des Sinusganges sowie
der Druckzylinder 18 zur Verminderung des Anpreßdruckes beim Spießgang müssen trotz
der räumlich bewegbaren Lenker 8, 9 bzw. 19 so am Wagenkasten oder Drehgestell befestigt
sein, daß sie den Bewegungen des Drehgestells bzw. des Wagenkastens folgen können.
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Fig. 4 und 5 zeigen die Aufhängekonstruktion für den Druckzylinder
18 zur Verminderung des Anpreßdruckes. Dieser Zylinder ist auf dem lotrechten Schenkel
23 einer winkelförmigen Schiene 24 um eine waagrechte Achse 25 drehbar gelagert,
wobei der waagrechte Schenkel 26 der Schiene
mit dem Wagenkasten
2 um eine lotrechte Achse 27 drehbar verbunden ist. Damit der Zylinder bzw. die
Schiene sich an die Drehbewegungen des Drehgestelles 1 anpassen kann, ist dieses
mit der Schiene durch einen Mitnehmer 28 gelenkig verbunden. Der Zylinder ist über
den Lenker 19 an einer am Drehgestell vorgesehenen Verankerung 20 angelenkt.
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Der mit dem Druckregelventil 21 zusammenwirkende Anschlag kann am
Drehgestell oder wie Fig. 5 und 6 zeigen, am Wagenkasten 2 angeordnet sein. Zu diesem
Zweck ist am Schenkel 26 der Schiene ein Arm 29 befestigt, der den Anschlag 22 trägt.
Zu beiden Seiten des Anschlages ist am Drehgestell l je ein Ventil 21 befestigt,
das je nach der Drehbewegung des Drehgestelles durch einen zweckmäßig einstellbaren
Xontaktbolzen 30 beim Anliegen an den Anschlag betätigbar ist.
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Die Aufhängung der Zylinder 4, 5, 12, 14 am Wagenkasten ebenso die
Anordnung ihrer Druckregelventile sowie die mit, ihnen zusammenwirkenden Anschläge
können in der gleichen Weise erfolgen.