DE2439956A1

DE2439956A1 - Eisenbahn-fahrgestell mit elektromagnetischer fuehrung

Info

Publication number: DE2439956A1
Application number: DE2439956A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: MTE SA
Current assignee: MTE SA
Priority date: 1973-09-20
Filing date: 1974-08-20
Publication date: 1975-04-10
Also published as: IT1016800B; CA1029798A; JPS5058712A; US3941062A; FR2244655A1; FR2244655B1; ES429561A1

Description

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Mpl.-lr.f'. K. .AM^RECHT

Dr.-lr.g.R.BEETZ Jf. 2439958

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20. August

SOCIETE M. T. B.„ P u t e a u g (Frankreich)

Eisenbahn-Fahrgestell mit elektromagnetischer Führung

Die Erfindung bezieht sieh auf ein. Eisenbahn-Fahrgestell mit elektromagnetischer Führung am Gleis, beispielsxireise ein Drehgestell _t das darch die elektromagnetische Führung an unerwünschten Qiaerbewegtangen zu den Schienen gehindert wird.

Das erfindungsgeraäße Fahrgestell kann insbesondere bei Drehgestellen Verwendung finden, die mit hohen Geschwindigkeiten

Der' Bahnbetrieb mit Zügen für hohe Geschwindigkeit stellt schwer zu lösende Probleme in bezug auf das Ver-

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halten der Fahrgestelle, wie der Drehgestelle. Oberhalb einer gewisses Geschwindigkeit, die als kritische Geschwindigkeit bezeichnet wird,, ist das Drehgestell seitlichen Bewegungen, "Sehlingerbewegungen" unterworfen, deren Amplitude durch das Spiel zwischen den Spurkränzen der Räder und den Schienen begrenzt istg aber hohe Kräfte ergibt, die aus diesen Gründen für die Sicherheit gefährlich sind. Man kennt die Faktoren, welche die kritische Geschwindigkeit bestimmen«

Ein© Mögliciikeit für das Erhöhen der kritischen Geschwindigkeit läge darifij die Konizität der Radreifen und
das Profil sowie die Neigung der Schienen zu ändern_s_ aber
©s ist acliwierigi) bei diesen Faktoren zu große Abweichungen vorzusehen« Man kann weiterhin eine Verringerung der Abnutzung der Mäder ins Auge fassen, um bei den Rädern ein Profil aufrechtzuerhalten, das nahe desi anfänglichen Profil liegt, indem man die Berührungen zwischen den Spurkränzen und den
Schienen verhindert. Die ausgesprochene Abnutzung der Spurkränze kann übrigens bei einem Anlaufen des scharfen Spurkranzes am die Schiene unter οχχιθϊε beistimmten Winkel und bei notier GeseSawiEidigkeit gefährliche Folgen haben₀ Sine solche Abnutzung der Spurkränze ist auf Quervers chi ebungeii der Radsätze sTOEüekzuführen, wie sie durch die Schlissgerbewegungen oder a.ne sadersn Ursache« auftreten; Änderung der Höhenlage dos Profilen der Form der Schiene, Einfahren in Krümmungen Man versteht, daß für eine günstige Einwirkung auf die kritische Geschwindigkeit und die Abnutzung der Spurkränze es
zweckmäßig wäre, die Berührungen zwischen den Spurkränzen
und dan inneren Flächen der Schienen zu vermeiden»

Eine andere Möglichkeit zum Erhöhen der kritischen
Geschwindigkeit besteht darin., den Drehgestellradstand zu

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vergrößern. Die Vergrößerung des Drehgestellradstands hat eine Vergrößerung der Massen zur Folge, was für das Heraufsetzen der kritischen Geschwindigkeit ungünstig ist und überdies Schwierigkeiten beim Kurvenlauf ergibt. Man versteht daher, daß es zweckmäßig wäre, die Führungslänge zu vergrößern ohne jedoch im entsprechenden Maße den Radstand größer zu machen.

Man hat sich bereits bemüht, die Querführung der Radsätze eines Drehgestells durch eine Führungslänge zu verbessern, die größer als der Radstand ist.

So beschreibt die franz. Patentschrift 1 499 185 ein System für die Führung eines Drehgestells durch Druckluftstrahlen, die gegen die inneren Flächen der Schienen geblasen werden. Diese Vorrichtung hat den Nachteil eines großen Verbrauchs von Druckluft.

Es gibt' noch eine andere Möglichkeit für die Querführung eines Drehgestells. Man erhält nämlich eine Zentrierwirkung auf ein Eisenbahnfahrgestell, wie es in der franz. Patentschrift 1 526 883 beschrieben und mit einem Linearmotor bestückt ist, der aus einer Reihe von Induktorspulen besteht, die hintereinander über den Schienen und ohne Berührung mit diesen angeordnet und durch einen Mehrphasenstrom gespeist sind; die Schienen des Gleises bilden massive lineare Anker.

Die große magnetische Anziehungskraft, die zwischen dem Motor und der Schiene entsteht, hat eine Wirkung auf die Zentrierung und wirkt außerdem gegen ein Kippen in einer Gleiskrümmung. Der Linearmotor ist zwischen den Radsätzen angeordnet, und das Rückführmoment ist infolgedessen ver-

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hältnismäßig gering. Der Zentriereffekt wird auch während den Zwischenzeiten einer Bremsung erreicht, und zwar bei einem Drehgestell, das mit einer Linearbremse versehen ist, die eine Variante des Linearmotors darstellt, die durch eine Gleichstromspeisung der eine Reihe von Polen abwechselnder Polarität darstellenden Induktoren erhalten wird. Diese Führung wird natürlich gleichzeitig mit einer Bremsverzögerung erhalten, die auf das Entstehen von Wirbelströmen zurückzuführen ist.

Es sind auch Systeme für elektromagnetische Führung entwickelt worden, und zwar für andere Fahrzeuge als Eisenbahndrehgestelle, d. h. für Bahnen, die ohne Räder auf ein Gleis abgestützt oder an ihm aufgehängt sind.

Die in der franz. Patentschrift 2 1^5 °Λ8 beschriebene Vorrichtung enthält Elektromagnete mit dauernder elektrischer Steuerung und Regelung, die auf einem Fahrzeug in Längsrichtung unter einer Schiene angeordnet sind, die eine Ankerschiene bildet; der Luftspalt ist in Abhängigkeit von der gegenseitigen Anziehungskraft veränderlich. Diese Elektromagnete sind gegenüber der den Anker bildenden Schiene nach jeder Seite versetzt. Dieses System muß zwischen den Elektromagneten und den Schienen einen möglichst konstanten Luftspalt haben. Der Nachteil ist die Notwendigkeit einer starken, leistungsfähigen elektrischen Steuerung mit einer möglichst kleinen Zeitkonstante, um gleichzeitig das Halten und das Führen des Fahrzeuges an der Schiene zu gewährleisten. Die Anordnung der Elektromagnete macht es möglich, die tragende Kraft zu ändern, ohne die Zentrierung zu beeinflussen. Bedingung ist, daß das Rückführmoment korrigiert werden muß, indem man momentan die eine oder die andere der betreffenden Reihen von Elektromagneten speist.

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Durch die Erfindung wird eine elektromagnetische Führungsvorrichtung für ein Eisenbahnfahrgestell geschaffen, bei dem die Führungslänge größer als der Radstand ist, ohne die Masse zu sehr zu vergrößern; dadurch erhält man eine Erhöhung der kritischen Geschwindigkeit. Dieses erfindungsgemäße Führungssystem gibt selbst die Rückführmomente, die durch ihr anfängliches Ansteigen eine verhältnismäßige "steife" Rückführkraft ergeben, die im wesentlichen linear verläuft, bis beim Grenzausschlag die Radreifen-Spurkränze zur Wirkung kommen. Die erfindungsgemäße Führungsvorrichtung führt zu einer Verringerung der mechanischen Kontakte zwischen den Radspurkränzen und den Schienen; dies sowohl in bezug auf Häufigkeit als auch Intensität. Man erzielt infolgedessen eine Verringerung der Radreifenprofilabnützung. Man vermeidet die Gefahr von scharfen Spurkränzen, die bei großen Geschwindigkeiten gefährlich sind. Die Erfindung liefert eine elektromagnetische Führungsvorrichtung, die mit der Konizität der Radreifen und der Neigung der Schienen zusammenwirkt, um die Zentrierung bzw. Mitteneinstellung des Fahrgestells zu sichern; das elektromagnetische Führungssystem bedarf keiner dauernden elektrischen Steuerung und gewährleistet deshalb nur einen Teil der Rückstellarbeit. Das Fahrgestell macht es möglich, mechanisch einen möglichst kleinen Luftspalt zwischen der elektromagnetischen Führungsvorrichtung und den Schienen einzuhalten, was eine günstige Bedingung für das Erzielen großer Führungskräfte darstellt.

Das Eisenbahnfahrgestell gemäß der Erfindung ist im . wesentlichen gekennzeichnet durch ungesteuerte, je mit einem Luftspalt über einer Schienenreihe .außerhalb des Gestellradstandes angeordnete Elektromagnete, von denen jeder zwei in Querrichtung zu den Schienen aufeinander ausgerichtete

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Pole hat und ferner gekennzeichnet durch Verbindungsorgane, welche die Magnete mit Fahrgestellachsbuchsen ohne Möglichkeit einer relativen Querbewegung verbinden.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlicher unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele beschrieben, die in der Zeichnung veranschaulicht sind; in der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht auf ein Fahrgestell in

Form eines einzelnen Radsatzes, der mit der erfindungsgemäßen Führungsvorrichtung versehen ist;

Fig. 2 eine äußere Seitenansicht eines Fahrgestells in Form eines zweiachsigen Drehgestells, das mit der Führungsvorrichtung gemäß der Erfindung ausgestattet ist;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie I-I des Fahrgestells aus Fig. 1 oder aus Fig. 2;

Fig. k eine Einzelheit des Fahrgestells bei aus der Zentrierlage verschobenen Radsätzen;

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie I-I eines Fahrgestells mit einer zweiten Anordnung der Führungs-Elektromagnete;

Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie I-I bei einer Variante des Systems für die Befestigung der Elektromagnete an dem Fahrgestell.

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Das erfindungsgemäße Fahrgestell hat seitliche, konsolartige Längsträger 1, die fest mit den Achsbuchsen 2 des Radsatzes 3 verbunden sind, wie er in den Fig. 1 und 3 gezeigt ist oder auf den Achsen eines in den Fig. 2 und 3 veranschaulichten Drehgestells ruhen. Im Fall eines Drehgestells sind die Achsbuchsen durch Zwischenwangen 5 verbunden, die Gewichtsausgleichbalken darstellen und die Parallelstellung der Radsätze 3 gewährleisten; die Wangen und die Längsträger können einstückig ausgebildet sein.

Die Träger 1 bilden einen ^Teil eines Untergestells oder Chassis, das überdies aus Querverbindern 6 und Längsbalken 7 besteht. Dieses Chassis trägt jeweils oberhalb der Schienenreihen 8 und 9 Elektromagnete 10 und 11, beispielsweise an Tragrohren 13· In der Querrichtung darf es dabei keine Federung geben; die Verbindungen zwischen den Achsbuchsen und den Elektromagneten sind starr. Die Elektromagnete 10 und 11 sind einerseits und andererseits der Radsätze außerhalb des Radstandes derart angeordnet, daß die Führungslänge e größer als der Radstand e zwischen den Radsätzen ist.

Jeder der Elektromagnete 10 und 11 hat einen Kern 12, dessen Pole auf den Schienenkopf hin gerichtet und möglichst stark geneigt sind; der Kern trägt zumindest eine Wicklung 14 mit einer zur Schienenachse rechtwinkligen Wicklungsachse. Die einander gegenüberliegenden, mit 121 und 122 bezeichneten Nord- und SUdpole sind in einer Richtung quer zu den Schienen aufeinander ausgerichtet, d. h. ihre Mittenverbindungslinien sind senkrecht zur Mittellinie der Schiene. Die Nordpole 121 und die Südpole 122 sind überdies parallel zu den Schienenreihen ausgerichtet und sind symmetrisch relativ

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zur Mittelebene der Schienen. Die aufeinanderfolgenden Nord- bzw. Südpole sind paarweise durch eine Weicheisenschiene verbunden, um Streuungswirkungen zu vermeiden. Man kann darauf hinweisen, daß die Anordnung der Pole das Entstehen größerer Wirbelströme verhindert, die einen Bremseffekt ergeben wurden. Eine Anordnung mit in einer Richtung parallel zu den Schienenreihen angeordneten Nord- und Südpolen, d. h. einer Anordnung, wie sie in der bereits erwähnten franz. Patentschrift 1 526 853 beschrieben ist, müßte im Gegensatz hierzu zu einer starken Bremsung führen.

Die Kräfte, die zwischen den beiden Polen jedes Elektromagneten 10 oder 11 und der ihnen zugeordneten Schiene entstehen, sind schräg geneigt und zerfallen in vertikale Anziehungskräfte und horizontale Führungskräfte T₁ und T„, die einander gleich und entgegengesetzt gerichtet sind. Diese Führungskräfte sind um so größer, je stärker die Pole der Magnete geneigt sind. Wenn die Radsätze genau in dem Gleis zentriert sind, ist die Summe der Führungskräfte T. und T_, die an einem gleichen Elektromagneten wirksam werden, Null. Wenn die Radsätze aus ihrer Mittelstellung herausbewegt werden, wie dies die Fig. k zeigt, sind bei den Magneten 11 die Führungskräfte T größer als die Führungskräfte T_, und bei den Elektromagneten 10 sind die Führungskräfte T₂ größer als die Führungskräfte T₁. Die Resultierenden dieser unterschiedlich großen Führungskräfte sind bestrebt, die Radsätze wieder in ihre mittlere Stellung (Zentrierstellung) zurückzuführen.

Bei der Ausführungsform, wie sie beispielsweise in der Fig. 5 veranschaulicht ist, sind die Magnetkerne relativ zueinander in symmetrischer Weise gegenüber den Mittenebenen

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der Schienen versetzt. Die Pole 121 und 122 liegen nicht genau in einer Reihe oder Linie, sondern sind symmetrisch relativ zur vertikalen Mittelebene der Schiene abwechselnd nach rechts und nach links verschoben. Für die Elektromagnete 10 und 11, die relativ zu den Schienen nach innen ver-. setzt sind, ergeben sich g'rößere Führungskräfte T„ als die Führungskräfte T , die nach innen gerichtet sind. Bei den Elektromagneten 10 und 11, die relativ zu den Schienen nach außen versetzt sind, ergeben sich im Gegensatz zu vorher größere Führungskräfte T₁ als Führungskräfte Tp. Die Anzahl der Elektromagnete 10 und 11 ist gleich; bei zentrierter oder mittlerer Stellung des Fahrgestells ist die Gesamtresultierende der Führungskräfte Null.

Bei anderen nicht dargestellten Varianten sind die Elektromagnete 10 und 11 alle entweder nach der Innenseite der Schiene oder nach der Außenseite der Schienen versetzt.. Diese neue Anordnung gestattet es, bereits für die Mitteloder Zentrierstellung des Fahrgestells bereits wirksame Führungskräfte zu erzielen, also Führungskräfte, die nicht erst bei einer Auslenkung des Fahrgestells aus seiner Mittellage entstehen bzw. wirksam werden.

Die Fig. 6 zeigt eine besondere Vorrichtung für die Befestigung der Elektromagnete. Die Elektromagnetkerne 12 sind in Gehäusen oder Führungskäfigen 18 angeordnet, die ihrerseits an den Stangen oder Rohren 13 über elastische Buchsen 15 aufgehängt sind. Der Luftspalt zwischen den Magneten und den Schienen wird in der normalen Stellung durch Anschläge 16 bestimmt, die sich gegen Xnnenleisten der Führungskäfige 18 unter der Wirkung von Federn 17 abstützen» Bei einer zufälligen Berührung eines der Magneten, mit der Schiene kann

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der betreffende Magnet nach oben ausweichen, so daß nur der einzelne Magnet den Vibrations-Reibungskräften ausgesetzt
ist. In der Querrichtung sind die Verbindungen zwischen den Elektromagneten und den Achsbuchsen natürlich starr.

Es dürfte selbstverständlich sein, daß man Varianten und Verbesserungen von Einzelheiten oder die Verwendung von äquivalenten Mitteln vorsehen kann. So sind die Formen und
die Anordnung der Magnete bzw. der Kerne der Elektromagnete unterschiedlich zu wählen, um die erforderliche Anordnung
der Pole zu erhalten.

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Claims

Patentansprüche

Eisenbahn-Fahrgestell mit elektromagnetischer Führung, gekennzeichne t durch ungesteuerte, je mit einem Luftspa.lt über einer Schienenreihe (8, 9) außerhalb des Gestellradstandes (e ) angeordnete Elektromagnete (1O, 11), von denen jeder zwei in Querrichtung zu den Schienen aufeinander ausgerichtete Pole (121, 122) hat und ferner gekennzeichnet durch Verbindungsorgane (i), welche die' Magnete mit Fahrgestellachsbuchsen (2) ohne Möglichkeit ei- ner relativen Querbewegung verbinden.
2. Fahrgestell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagnete (1O, 11) parallel zu den Schienenreihen (8, 9) aufeinander ausgerichtet sind«
3. Fahrgestell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagnete (1O, 11) abwechselnd nach rechts und nach links relativ zur Mittelebene der Schienenreihen (8, 9) versetzt sind.
k. Fahrgestell nach irgendeinem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es zwischen den Elektromagneten (iO, 1i) und den Achsbuchsen (2) in senkrechter Richtung elastische Verbindungsorgane (15) enthält.
5. Fahrgestell nach irgendeinem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es Führungsorgane (18) zur vertikalen Führung der Elektromagnete (10, Ti) über den

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Schienen enthält und daß Anschläge (16) die untere Stellung der Elektroinagnete auf den Wert des Luftspaltes begrenzen, und daß elastische Organe (17) die Elektromagnete in Richtung auf die Schienen drücken.

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