DE2016115C - Aufhangung der Einzelachsantriebs motoren eines dreiachsigen Drehgestells von Schienentriebfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Aufhängung der Einzelachsantriebsmotoren eines dreiachsigen Drehgestells von Schienentriebfahrzeugen in Tatzlagerbauweise, bei denen die Motoien innerhalb des Drehgi-^tellachsstandes angeordnet sind.

Ein derartiges Drehgestell mit drei angetriebenen Achsen ist insbesondere für eine elektrische oder dieselelektrische Lokomotive bestimmt, bei der es auf eine möglichst weitgehende Ausnutzung des Lokomotivgewichtes für die Erzeugung großer Zugkräfte ankommt.

Jede Achse eines derartigen Drehgestells i.3t üblicherweise über ein Zahnrädergetriebe von einem Einzelachsantriebsmotor angetrieben. Zur Begrenzung des Gewichts der nicht gefederten Massen und zur Vereinfachung der Getriebeausbildung umfaßt dabei meist das Motorgehäuse mit Tatzlagern die angetriebene Achse, während ein anderer Punkt des Motorgehäuses, die sogenannte »Aufhängenase«, elastisch mit einer Stelle des Drehgestellrahmens verbunden ist. Ein derartiger Tatz'agermotov wird daher auch häufig ein Motor mit »Nasenaufhängung« genannt.

Wenn der Antriebsmotor über seine Zahnräder ein Drehmoment auf den Radsatz bzw. dessen Räder überträgt, entsteht ein Reaktionsmoment zwischen dem Drehgestellrahmen und dem Radsatz. Dieses Drehmoment ergibt eine zusätzliche vertikale Kraft, die über die Tatz^ger des Antriebsmotorgehäuses auf die angetriebene Achse übertragen wird. Diese Kraft addiert sich algebraisch zu der statischen Belastung der betreffenden Achse, die dem auf diese Achse entfallenden Anteil des gesamten Fahrzeuggewichtes entspricht. Je nach der Drehrichtung der Radsatzräder ergibt diese zusätzliche Kraft also eine zusätzliche Belastung oder eine Entlastung der betreffenden Achse.

Unabhängig von der Anzahl der Achsen des Drehgestells sind die den äußeren Drehgestellachsen zugeordneten Motoren stets zur Innenseite des Drehgestells hin aufgehängt, um ein möglichst kleines Trägheitsmoment des Drehgestells bei dessen Schwenkbewegungen um eine vertikale Achse zu erhalten.

Bei einem Drehgestell mit zwei Achsen, dessen bei Fahrmotoren einander gegenüber zur Innenseite des Drehgestells hin angeordnet sind, wird stets die in Fahrtrichtung vorn liegende Achse entlastet, während die hinten liegende Achse zusätzlich belastet wird; dies entspricht einem von der Zugkraft abhängigen Drehmoment, das das Drehgestell um die hintere Achse zu kippen sucht.

Diese Wirkung ist ungünstig, denn sie verringert die Haftung der vorderen Achse bzw. des vorderen' Radsatzes an der Schiene und damit in gleichenrMaße die Zugkraft, die am Radumfang dieses Radsatzes bzw. dieser Achse ausgeübt werden kann.

Zur Verbesserung dieses Zustandes sind bei einem zweiachsigen Drehgestell schon unterschiedliche Lösungen bekanntgeworden. Die am häufigsten benutzte ist eine Anordnung der »in geringer Höhe angreifenden Zugkraft«, bei der im Prinzip der Angriffspunkt der Kuppelstangen zwischen dem Lokomotiv- oder Wagenkasten und dem Drehgestellrahmen an diesem Rahmen viel tiefer liegt als der Punkt, an dem die von den Achsen auf den Drehgestellrahmen übertragene Zugkraft wirksam wird. Eine derartige Anordnung ergibt ein Drehmoment, das dem obenerwähnten Kippmoment auf das Drehgestell entgegenwirkt.

Im Fall eines dreiachsigen Drehgestells sind die Reaktionskräfte der Motoren an den äußeren Achsen die gleichen wie bei einem zweiachsigen Drehgestell, weil sie ebenfalls ein Kippmoment erzeugen. Die

Reaktion des mittleren Motors bringt nun aber ein zusätzliches Drehmoment, und das gesamte Drehmoment, das an dem Drehgestellrahmen angreift. hat nicht mehr den gleichen Wen in den beiden Fahrtrichtungen. Außerdem ist die Entlastung der mittleren Achse in einer Fahrtrichtung nicht mehr durch die niedrige Lage des Cbcrtragungspunktes der Zugkräfte /wischen Fahrzeugkasten und Drehgestell kompensiert.

Die Erfindung beseitigt diese Nachteile durch eine Vorrichtung, welche die Reaktionswirkung des Motors der mittleren Achse aufhebt und es möglich macht. Jas auf das Drehgestell mit drei angetriebenen Achsen einwirkende Kippmoment in ähnlicher Weise zu kompensieren, wie dies bei Drehgestellen mit zwei angetriebenen Achsen bereits bekannt ist.

Die eingangs genannte Aufhängung ist eTfindungs-Ce maß dadurch gekcnn/e-chnei. daß das Tatzlager Jcn mittleren Motors iiber eine Kuppelstange mit einer kurbel gekuppelt ist. die am eine.i Ende eines /αr Drehgestell-Längsachse parallelen TVrsionsstabes μι/ι. der in fest mit dem Drehgestellrahmen verbundenen Halterungen frei drehbar ist und dessen anderes iiiide eine mit gleicher Armlänge wie die erste ausgeführte Kurbel trägt, die über eine Kuppelstange mit der Aufhängenase desjenigen äußeren Motors gekuppelt is·., der im gleichen Richtungssinn wie der mittlere Motor im Drehgestell eingebaut ist. wobei die Kuppelstangen und Kurbeln derart bemessen sind, daß ias Torsionsmomeiu im Torsionsstab gleich Null ist. wenn das Drehgestell durch den Fahrzeugkasten normal belastet wird und weder einer Zug- noch einer Bremskraft unterliegt und daß ferner der Drehgestellrahmen mit dem von ihm getragenen Fahrzeugkasten über eine Vorrichtung verbunden ist. mittels der die Resultierende der Reaktionskräfte des Kastens gegenüber der ausgeübten Zugkraft wie bekannt die Mitten-Querebene der Aufhängungen der Motoren im Drehgestell etwa auf Schienenhöhe schneide:.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird ein speziell ausgewähltes Ausführungsbeispiel beschrieben, das in der Zeichnung veranschaulicht ist. Es zeig»

F 1 g. 1 eine vereinfachte Gesamtdarstellung der Seitenansicht eines mil der Erfindung versehenen Drehgestells mit drt· angetriebenen Achsen.

F i g. 2 eine schematische Darstellung der Anordnung der Antriebimotoren und ihrer Aufhängungen am Drehgestellrahmen und

F i g. 3 ein Diagramm der Kräfle. die beim Ausüben von Zugkräften am Drehgestell angreifen.

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, hat das Drehgestell drei Achsen 1, 2 und 3 sowie einen Rahmen 4, der auf jeder Seite über Gruppen von Federn 5 auf einem Längsbalken 6 abgestützt ist, der seinerseits mit den Achslagern 7 verbunden ist. Die an jeder Achse 1 bis 3 ausgeübte Zugkraft wird auf den Drehgestellrahmen 4 durch die Kuppelstangen 8 und 9 übertragen.

Der Fahrzeugkasten ruht auf dem Drehgestell über elastische Abstützungen 10. Der Kasten besitzt im Bereich der Diehgestellenden Halterungen 15. an denen Jelzin einen Winkel von 90^; bildender zweiarmiger Winkelhebel in seinem Scheitel- oder Winkelpunkt angelenkt ist. Am Ende des vertikalen Hebelarmes 16 des Winke'hebels ist das eine Ende einer horizontalen Kuppelstange 17 angelenkt, deren anderes Ende in einem Punkt 18 am Drehgestellrahmen 4 schwenkbar gelagert ist. Am Ende des horizontalen Hebelarmes 19 des Winkelhebels ist das eine Ende einer vertikalen Kuppelstange 20 angelenki, deren anderes Ende in einem Punkt 21 gelenkig am Drehgestellrahmen 4 angreift. Wenn mit H die Höhe des Endes des Hebelarmes 16 über Schienen Oberkante und mit D der Abstand des Endes des Hebelarmes 19 von der Mitten-Querebene der Motoraufhängungen am Drehgestell bezeichnet sind (vgl. F i g. 3). stehen die Längen r und h der Hebelarme 16 bzw. 19 in dem Verhältnis 4-=-^--

ft U

F i g. 2 zeigt die Anordnung und Aufhängung der drei Antriebsmotoren A/l. Af2 und Λ/3- von denen jeder eine der Achsen 1.2 und 3 antreibt. J»der Motor

is stützt sich auf seiner zugehörigen Achse mit Tatzlagern 25 seines Gehäuses ab — gegebenenfalls auch auf einer gegenüber der Achse gefederten Hohlwelle — und ist mit dem Drehgestellrahmen durch eine Gehäusenase 26 und eine diesei Nase zugeordnete Auf-

hängestange verbunden. Das Moiordrehmoment wird auf die Achse über einen Zahnradsatz 27, 28 übertragen.

¹ Inter der Voraussetzung, daß der Pfeil 29 die Bewegungsrichtung des Drehgestells angibt, entspre-

chen die Drehrichtungen der Räder und der Moiorritzel den Pfeilen in Fig. 2.

Die Aufhängenase 26 des Motors Λ/1 und die entsprechende Aufhängenase 26 des Motors Λ/2 sind wie üblich mit dem Drehgestellrahmen durch abgefederte Kuppelstangen 30 und 31 verbunden. Die Aufhängenase 26 des Motors Λ/3 ist mit einer unelastischen Kuppelstange 32 mit dem Ende einer Kurbel

33 verbunden, die fest am Ende eines Torsionsstabes

34 sitzt. An dem anderen Ende des Torsionsstabes 34 sitzt ebenfalls fest eine Kurbel 35 gleicher Armlänge

wie die der Kurbel 33; diese Kurbel 35 ist über eine unelastische vertikale Kuppelstange 36 mit dem Tatzlager des Motors M 2 auf der Achse 2 verbunden. Der Torsionsstab 34 kann sich in den Lagern 37 am Drehgestellrahmen frei um ihre L-lngsachse drehen, die in Längsrichtung des Drehgestells verläuft.

In F i g. 3 ist mit F die an einer Achse ausgeübte Zugkraft und mit R der Radius der Räder bezeichnet. Das Zeichen + wird für Kräfte verwendet. die in Richtung auf das Gleis, d. h. nach unten, gerichtet sind, während das Zeichen — für Kräfte gilt, die in urngekehrter Richtung wirken.

An jeder Achse erzeugt das Antriebsdrehmoment F ■ R eine Reaktion bzw. ein Reaktionsmoment vom

^⁰ absoluten Wert ,wobei auf die Achse 1 eine Kraft

— ,auf die Achse 2 eine Kraft -\ und auf

m m

FR

die Achse 3 eine Kraft -1 ausgeübt wird. Mit »1

ist der Abstand zwischen dem Radaufstandspunkt und der Aufhängung des entsprechenden Motors bezeichnet.

Durch die Gesamtanordnung der Kuppelstangen 32 und 36 der Kurbein 33 und 35 und des Torsionsstabes 34 wird die an der Aufhängenase 26 des Mo-

FR

tors Λ/3 auftretende Kraft — auf die Achse 2

übertragei.
Andererseits wird auf den Drehgestellrahmen ein

FR

Drehmoment -^- ■ b ausgeübt, und zwar über- die Kuppelstangen 30 und 31, sowie ein Drehmoment

· ο, das an den Lagern für die Halterung des

Torsionsstabes 34 angreift. Bezüglich der Werte a und b wird auf F i g. 3 verwiesen. Dies bedeutet ein gesamtes, auf den Drehgestellrahmen ausgeübtes

FR FR *

Drehmoment von (a + b) = (£ — 3in). wenn

Wl "1

E der Abstand der beiden äußeren Achsen, d. h. der gesamte Radstand des Drehgestells ist. Dieses Drehmoment wird auf den die Achslager verbindenden Längsbalken 6 über die Federn 5 übertragen. Es ist praktisch ohne Wirkung auf die mittlere Achse, ergibt aber mit einem Hebelarm der Länge E eine Kraft

von ~ (E-3m) =
bm

FR

-3

FR

,die auf jede der

beiden äußeren Achsen wirkt, und zwar auf die eine mit positivem, auf die andere mit negativem Vorzeichen.

Die folgende Zusammenstellung gibt die Aufteilung und die Summe der auf jede Achse wirkenden Kräfte, wie sie durch die Reaktionsmomente im Drehgestell in Abhängigkeit von den Motorantriebsdrehmomenten erzeugt werden.

Achse l Achse 2

Achse 3

Direkte Reaktion des Motors

Reaktion des Torsionsstabes,

Reaktion des Drehgestellrahmens

_ ^FR

O
(FR 3FR\

\ Hl ii /

FR in

FR m

FR m

3FR'

Insgesamt

3FR

Der Drehgestellrahmen ist andererseits Drehmomenten unterworfen, die auf die Reaktion des Fahrzeugkastens gegenüber den Zugkräften und auf die Reaktion der Reibungskräfte an der Schiene zurückzuführen sind. Die Reaktionen des Fahrzeugkastens auf die gesamte Zugkraft des Drehgestells, die den Wert 3 F hat, ergibt an dem Drehgestellrahmen eine Kraft von 3 F, die über die Kuppelstange 17 auf den Anlenkpunkt 18 übertragen wird, und eine Zugkraft V, die von der Kuppelstange 20 auf den Anlenkpunkt 21 übertragen wird. Es gilt dann:

Dies bedeutet, daß die Resultierende S aus der Reaktion des Fahrzeugkastens auf die an dem Drehgestell ausgeübten Zugkräfte die Mitten^Querebene der Aufhängungen der Motoren im Drehgestell etwa auf Schienenhöhe schneidet.

Das auf die Reaktion der Haftkräfte zurückzuführende Drehmoment hat an jeder Achse den Wert FR, d. h. 3FR für das gesamte Drehgestell. Dieses Drehmoment ist praktisch ohne Wirkung auf die mittlere Achse, führt jedoch an den äußeren Achsen zu Ent- und Belastungskräften des absoluten Wertes

3 FR

d. h. +

2 FR

auf die Achse 1 und -

Das resultierende Drehmoment, das auf den Dreh- auf die Achse 3. Unter Berücksichtigung der ober gestellrahmen wirkt, ist infolgedessen 45 gefundenen Ergebnisse ist zu erkennen, daß die Summt

η _ O der Kräfte, die auf Reaktionen der Zugkraft«, zurück

zuführen sind, sich für sämtliche Achsen gegenseitig

H _ aufheben und daß dies auch ganz unabhängig von de

D ~ ' Fahrtrichtung gilt.

3FH - V-3FH - 3F

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Dreiachsiges Drehgestell mit Einzelachsantrieb durch drei Tatzlagermotoren, von denen die Motoren der äußeren Achsen relativ zu diesen zur Mitte des Drehgestells hin angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Tatzlager (25) des mittleren Motors (M 2) über eine Kuppelstange (36) mit einer Kurbel (35) gekuppelt ist, die am einen Ende eines zur Drehgestell-Längsachse parallelen Torsionsstabes (34) sitzt, der in fest mit dem Drehgestellrahmen (4) verbundenen Halterungen (37) frei drehbar ist und dessen anderes Ende eine Kurbel (33) mit einer der ersten Kurbel gleich langen Armlänge trägt, die über eine Kuppelstan.ee (32) mit der Aufhängenase (26) desjenigen äußeren Motors gekuppelt ist, der im gleichen Richtungssinn im Drehgestell eingebaut ist wie der mittlere .Motor, wobei die Kuppelstangen (32 und 36) und Kurbeln (33 und 35) derart bemessen sind, daß das Torsionsmoment im Torsionsstab gleich Null ist, wenn das Drehgestell durch den Fahrzeugkasten normal belastet ist und weder einer Zug- noch einer Bremskraft unterliegt und daß ferner der Drehgestellrahmen mit dem von ihn? getragenen Fahrzeugkasten über ei.>e Vorrichtung (15 bis 21) verbunden ist, mittels der die Resultierende (s) der Reaktionskräfte des Kastens gegenüDer der ausgeübten Zugkraft wie bekannt die Mit'tn-Querebene der Aufhängungen der Motoren im Drehgestell etwa auf Schienenhöhe schneidet.

"!. Dreiachsiges Drehgestell nach Anspruch 1, dadurch ,^kennzeichnet, daß die jedes Ende des Drehgestellrahmens (4) mit dem Fahrzeugkasten verbindende Vorrichtung aus folgenden Teilen gebildet ist: ein fest mit dem Kasten verbundener Stützteil (15), ein 90°-Winkelhebel, der mit seinem Scheitelpunkt an diesem Stützteil schwenkbar gelagert ist und einen vertikalen Hebelarm (16) von der Länge v, der an seinem Ende über eine horizontale Kuppelstange (17) in einem Punkt (18) mit dem Drehgestellrahmen verbunden ist, und einen horizontalen Hebelarm (19) von der Länge h besitzt, der an seinem Ende über eine vertikale Kuppelstange (20) in einem weiteren Punkt (21) mit dem Drehgestellrahmen verbunden ist, wobei die Hebelarme so angeordnet sind, daß eine Zugkraft in der horizontalen Kuppelstange gleichzeitig eine Zugkraft in der vertikalen Kuppelstange erzeugt und das Hebelarmverhältnis ν Μ

-fr = -fr ist, wenn H die Höhe des Endes des vertikalen Hebelarmes über Schienenoberkante und D den Abstand des Endes des horizontalen Hebelarmes von der Mitten-Querebene der Motoraufhängungen im Drehgestell bedeutet.

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