DE24968C - Kuppelung von Lokomotive und Tender mittelst Gegenlenkern, deren Endpunkte auf kinematischem Wege bestimmt werden - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

KLASSE 20: Eisenbahnbetrieb.

Der Kuppelung nur mittelst Stangen (Patent No. 24966), welche auch »Punktbahnen-Kuppelung erster Art« genannt werden könnte, sowie der Kuppelung mittelst Stangen unter Zuhülfenahme von Profilstrecken (Patent No. 24967), welche auch »combinirte Punkt- und Hüllbahnen-Kuppelung erster Art« genannt werden könnte, haftet der Nachtheil an, dafs vermöge ihrer Einrichtung der Widerstand des Zuges am hinteren Ende der Lokomotive (im jeweiligen Pol) angreift, wodurch in der Curvenstellung beider Fahrzeuge eine Componente erzeugt wird, welche die Lokomotive so zu drehen sucht, dafs das schon ohnehin stark gefährdete äufsere Vorderrad noch mehr an die Aüfsenschiene geprefst wird.

Eine ideale Kuppelung soll aber diesen Uebelständ nicht vermehren, sondern ihn abschwächen, und mufs demnach derartig eingerichtet sein, dafs sie die Zugkraft von einem beliebig weit nach ■ vorn gelegenen Punkte der Lokomotivlängsachse (z. B. dem Schwerpunkte oder noch besser einem vor diesem gelegenen Punkte) nach einem zweckmäfsig auszuwählenden Punkte der Tenderlängsachse überträgt und dabei nur Drehungen der beiden Fahrzeuge um den theoretischen Schnittpunkt (oder Punkte in unmittelbarer Nachbarschaft des letzteren) zuläfst.

Die Fig. 1 und 4 stellen zwei solche Kuppelungen schematisch in stark carikirter Weise dar. Es bedeutet in denselben L L die Lokomotivachse, TT die Tenderlängsachse, O F die Zugstange und F den theoretischen Schnittpunkt, in welchem bezw. die Tender- oder Lokomotivlängsachse verschiebbar angeordnet ist. In beiden Fällen ist diese Verschiebbarkeit, welche selbst in den stärksten Curven noch nicht das Mafs von 10 mm erreicht, durch eine ideelle Prismenführung angedeutet.

Nachdem das in F gedachte Prismenpaar nicht im Stande ist, die Zugkraft zu übertragen, ist dieses nur möglich durch die Zugstange OP. Wird die in derselben herrschende Spannung W in ihrem Angriffspunkte zerlegt nach der Lokomotivlängsachse und einer Normalen zu dieser, so entsteht in ersterer die Zugkraft z, in letzterer die Seitenkraft V, die mit dem. Abstande m ihres Angriffspunktes O vom Schwerpunkte ein Moment bildet, welches die Lokomotive so zu drehen sucht, dafs das äufsere Vorderrad von der Aüfsenschiene abgezogen wird. . ..

Auch das Schlingern der Lokomotive kann nicht erfolgen, ohne dafs der Tender in Mitleidenschaft gezogen wird, da die Prismenführung im Punkt F diese normal zu der Längsachse erfolgenden Bewegungen wirksam übertragen kann.

Wie wohl ohne weiteres einleuchtend ist, sind diese Kuppelungen praktisch nicht ausführbar, da dieselben jedoch, kinematisch definirt, nichts anderes sind, als rotirende Kurbelschleifen, so ist es vermöge des. bei den Punktbahnen-Kuppelungen erster Art und bei den combinirten Punkt- und Hüllbahnen-Kuppelungen erster Art eingeschlagenen Verfahrens auch hier möglich, aus ihnen praktisch brauchbare Constructionen,' welche denselben Zweck erfüllen, abzuleiten,

indem nämlich die Getriebe zunächst durch ihre Polbahnen und diese für den geringen Ausschlagwinkel mit genügender Genauigkeit durch ihre Krümmungskreise für die conaxiale Lage ersetzt werden können.

In Fig. ι und 4 sind die in Berücksichtigung zu ziehenden Theile der Polbahnen sowie ihre Krümmungskreise gezeichnet. Aus der weiteren theoretischen Betrachtung ergiebt sich, dafs es vollständig gleichgültig ist, von welchem der beiden Getriebe ausgegangen wird; denn die Krümmungskreise der Polbahnen des Getriebes Fig. i, aufgefafst als Polbahnen, sind für die conaxiale Lage beider Systeme momentan die secundären Polbahnen der als primäre Polbahnen aufzufassenden Krümmungskreise der Polbahnen des Getriebes Fig. 4, und umgekehrt.

Die auf einander rollenden Krümmungskreise nähern die stattfinden sollende reine Kreisbewegung um den Punkt F innerhalb der vorhandenen Grenzen in sehr hohem Mafse an und könnten, körperlich ausgebildet und mit Zähnen versehen, als Kuppelungen dienen, welcher Construction jedoch der Mangel einer äufserst schwierigen praktischen Ausführbarkeit anhaften würde. Indem aber, je nach den Verhältnissen des angewendeten Getriebes, die beiden Kreise derartig liegen, dafs jeder Punkt des Tenders bei der Bewegung entweder eine Ellipse oder eine Cardioide beschreibt, ist es möglich, zu den von irgend welchen zweckmäfsig ausgewählten Punkten des Tenders beschriebenen Bahnen (Punktbahnen) für die conaxiale Lage der Systeme die Krümmungsradien zu bestimmen und diese letzteren als Gegenlenker (der Tender ist als Hauptlenker anzusehen) körperlich auszubilden. Die beiden Kuppelungen, Fig. 2 und 5, zeigen die praktischen Anwendungen dieses Verfahrens, wobei es ganz und gar in das Belieben des Constructeurs gestellt ist, zwei oder mehr Gegenlenker anzuwenden. Es empfiehlt sich jedoch auch hier, mindestens drei Punkte des Tenders mittelst der Gegenlenker mit drei Punkten der Lokomotive zu verbinden, um die Abnutzungen in den Gelenken gering zu halten und den Nothkuppelungsapparat entbehren zu können.

Fig. 2 zeigt speciell den meist bei Güterzuglokomotiven vorkommenden Fall, wo die Gegenlenker innerhalb der beiden Krümmungskreise (Polbahnen) liegen, während in Fig. 5, bei Personenzuglokomotiven vorkommend, die Gegenlenker aufserhalb derselben liegen. In beiden Fällen beschreiben bei der Bewegung des Tenders gegen die Lokomotive (oder, was damit gleichbedeutend ist, bei der-Rollung des kleineren, mit dem Tender fest verbunden gedachten Kreises in dem gröfseren, welcher der Lokomotive angehört) die Punkte A A₁ A₂ des ersteren gegen die letzteren Ellipsen, deren Krümmungsmittelpunkte für die conaxiale Lage bezw. die Punkte M M₁ und M₂ sind. Sämmtliche Punkte werden als Bolzen ausgebildet und die ersteren, nämlich AA₁ und^4₂, mit dem Tender, hingegen die letzteren, M M₁ und M₂, mit der Lokomotive verbunden. Zwischen je zwei zusammengehörigen Punkten werden die Gegenlenker A M A₁ M₁ A₂ M₂ angebracht.

Der Widerspruch, in dem auch diese Verbindungsmechanismen mit einem bekannten Satz der Bewegungslehre stehen, wird wieder (siehe Punktbahnen-Kuppelungen erster Art) durch die Benutzung der Mängel der menschlichen Arbeit, indem die Abstände der Kreise, welche z. B. die Punkte A A₁ A₂ vermöge des Vorhandenseins der Gegenlenker beschreiben, von den eigentlich von ihnen zu durchlaufenden Ellipsenbogen derart gering sind, dafs innerhalb der erforderlichen Grenzen, unter Berücksichtigung der sogenannten »Luft«, keinerlei Spannungen durch diese Abweichungen entstehen können.

Je nach der Lage der mit der Lokomotive gepaarten Bolzen MM₁ M₂ etc. müssen, entsprechend der Relativbewegung dieser gegen den Tender, in dem dem letzteren angehörigen Verbindungsgliede (Platte in Fig. 2, Bügel in Fig. 5) Aussparungen angebracht werden, wie es in Fig. 2 für den Bolzen M und in Fig. 5 für alle drei Bolzen geschehen ist. Selbstverständlich ist die Form der den Zug übertragenden Theile sowie der Gegenlenker, als auch die Anzahl der letzteren für zwei, zugehörige Punkte vollständig in den jeweiligen Verhältnissen begründet, wie es auch ganz und gar in das Belieben des Constructeurs gestellt ist, die Beweglichkeit der Kuppelungen in verticaler Richtung durch verminderte Hook'sche Gelenke, wie in den Fig. 2 bis 10, oder durch Combination dieser mit Cylinderpaaren, wie in Fig. 5, herzustellen.

Endlich ist es bei diesen Kuppelungen auch möglich, dieselbe zwangsläufige Bewegung, statt durch Gegenlenker allein, durch Combinationen solcher mit irgend welchen zweckmäfsigen Profilen hervorzubringen, denn es umhüllt irgend ein beliebiges, beispielsweise mit dem Tender verbundenes Profil bei der Rollung der beiden Kreise eine mit der Lokomotive zu verbindende Hüllbahn. Ist demnach Lage und Begrenzung eines der beiden Profile gegeben, so lassen sich diese Bestimmungsstücke für das andere mit Hülfe der Theorie der Verzahnungen finden. Das den Zug übertragende Glied des Tenders mufs aber durch Gegenlenker mit der Lokomotive verbunden werden, weil auch die Zugstange O JP, Fig. ι und 4, durch geeignete Constructionen ersetzt werden mufs. Die Profile sind nichts anderes als Ersetzungen der ideellen Prismenpaare.

Die Fig. 7 bis 10 zeigen die beiden charakteristischen Fälle dieser Kuppelungsart, wobei noch zu bemerken ist, dafs Lage, Anzahl und

Begrenzung der Profile ganz und gar nach Zweck mäfsigkeitsgründen gewählt werdenkönnen. Ebenso mufs es dem Befinden des Constructeurs überlassen bleiben, ob das Zugglied, wie in Fig. 7, durch zwei oder, wie in Fig. 9, durch nur einen Bolzen mit dem Tender zn verbinden ist.

Die Construction der zu einander gehörigen Kuppelungspunkte A und M, A₁ und M₁ etc., Fig. 2, 5, 7 und 9, geschieht auf folgende Weise: Zunächst wird auf der Lokomotive der Punkt O und auf dem Tender der Punkt P angenommen, Fig. ι und 4. Alsdann werden aus den Gleichungen der Polbahnen der Getriebe, Fig. 1 und 4, die Krümmungskreise berechnet, welche Operation von Sachverständigen ausführbar ist. Für die conaxiale, d. h. für diejenige Lage der beiden Fahrzeuge, in welcher die Längsachsen derselben in einer und derselben Verticalebene liegen, sind die beiden Krümmungskreise ein Paar Cardankreise, d. h. ihre Durchmesser verhalten sich wie 1 : 2, was sich aus der Berechnung ohne Weiteres ergiebt.

Geht man von dem Getriebe Fig. 4 aus, so rollt bei der Bewegung der kleine, mit dem Tender fest verbunden gedachte Cardankreis in dem grofsen, welcher der Lokomotive angehört. Dabei beschreibt jeder, mit dem kleinen .Cardankreise fest verbundene Punkt, beispielsweise P, eine Ellipse. Für die Peripheriepunkte des kleinen Cardankreises schrumpfen die Ellipsen zu geraden Linien zusammen.

Ist die Gröfse der Cardankreise riqhtig bestimmt , so mufs für die conaxiale Lage der Systeme O der Krümmungsmittelpunkt der von P beschriebenen Ellipse sein.

Wird die Bewegung umgekehrt, d. h. wird der Tender und mit demselben selbstverständlich der kleine Cardankreis festgehalten, so vertauschen die Polbahnen ihre Rollen, d. h. der grofse Cardankreis umrollt jetzt den kleinen und die Lokomotive nimmt an der Bewegung theil.

Es beschreibt jeder mit der Lokomotive fest verbundene Punkt, beispielsweise O, eine allgemeine Cardioide.

Ist die Gröfse der Cardankreise richtig bestimmt, so beschreibt der Punkt O eine Cardioide, deren Krümmungsmittelpunkt für die conaxiale Lage der Systeme in P liegen mufs.

Die entwickelte Reciprocität, welche zwischen den Punkten P und O besteht, mufs nun für je zwei beliebige andere zu einander gehörige Punkte, beispielsweise A und M, Fig. 11, bestehen.

Um zwei zu einander gehörige Punkte A und M, Fig. 11, zu bestimmen, wollen wir willkürlich die Lokomotive festhalten, was dadurch angedeutet sein mag, dafs der grofse Cardankreis durch eine stärkere Linie dargestellt ist.

Für die Ellipsenbewegung fällt nun der Wendekreis der directen Bewegung mit dem kleinen Cardankreise zusammen. Hierauf folgt, dafs für die umgekehrte Bewegung der Wendekreis der directen Bewegung ein Kreis ist, welcher die beiden Cardankreise in ihren Berührungspunkten F berührt und aufserhalb des grofsen Cardankreises liegt.

Für die dargestellte Bewegung ist der letztere also der Wendekreis der inversen Bewegung (punktirt gezeichnet). Ueber die Theorie der Wendekreise etc. s. Aronhold, Verhandlungen des Vereins für Gewerbefleifs, 1872; Mannheimer, giomatrie descriptive etc.

Die Construction zweier zu einander gehörigen Punkte wird mit Hülfe der Wendekreise ausgeführt.

Man wählt beispielsweise für die angenommene Bewegung auf dem Tender an passender Stelle den Kuppelungspunkt A und zieht von diesem durch den Punkt F einen Radius vector (Normalstrahl); derselbe schneidet den Wendekreis der directen Bewegung im Punkt W. Es besteht nun zwischen dem Krümmungsradius ρ = AM der von Ä beschriebenen Ellipse und den durch die Punkte F und W bestimmten Abschnitten des Radius vector AF folgende Beziehung:

ρ :AF= AF: AW,
oder p.AW = AF\

Demnach ist M durch jede Construction", welche die mittlere geometrische Proportionale zwischen zwei Grofsen liefert, zu finden, beispielsweise durch folgende:

Errichte im Punkte ein Loth auf AF, mache AWa = AW, ferner AFa = AF und AF''a = AF, verbinde Wa mit Fa und ziehe Fa M parallel zu Wa F*a. Der Punkt M ist der gesuchte Krümmungsmittelpunkt.

Für den Punkt P, Fig. 4, gilt dieselbe Construction. Der Krümmungsmittelpunkt der von P beschriebenen Ellipse mufs der Punkt O sein. Da dieser aber bereits bekannt ist, so findet man vermittelst der Punkte F O und P durch die Umkehrung der soeben angegebenen Construction mit leichter Mühe den Durchmesser./⁷^ .des Wendekreises der directen Bewegung und damit den kleinen Cardankreis.

Die Auffindung zweier zu einander gehörigen Punkte ist selbstverständlich auch möglich, wenn von der umgekehrten Bewegung ausgegangen wird. Für diesen Fall liegt, wie schon angegeben, der Wendekreis der directen Bewegung aufserhalb des grofsen Cardankreises.

Man wählt beispielsweise auf der Lokomotive den Punkt M. Der Krümmungsradius der von M beschriebenen Ellipse ρ = AM steht nun mit den durch die Punkte Wi und F bestimmten

Abschnitten auf dem Radius vector MF in folgender Beziehung:

p: MF- MF: MWi,
oder p. MJVi-MF².

Es liefert also auch hier wiederum jede Construction, durch welche die mittlere geometrische Proportionale zwischen zwei Gröfsen bestimmt wird, den Punkt A, beispielsweise durch die vorhin angegebene.

Für den Punkt O, Fig. 4, gilt dieselbe Construction. Der Krümmungsmittelpunkt der von O beschriebenen Cardioide mufs der Punkt P sein. Da dieser aber bereits bekannt ist, so findet man durch die Umkehrung der soeben angegebenen Construction mit leichter Mühe den Durchmesser des Wendekreises der inversen Bewegung und damit die Gröfse des Durchmessers des kleinen Cardankreises.

Wenn man von dem Getriebe Fig. 1 ausgeht, so bleibt, mit Ausnahme, dafs die Wörter »Ellipse« und »Cardioide«, sowie »direct« und »invers« vertauscht werden müssen, die ganze Construction wie vorhin bestehen.

Die Construction der zu einander gehörigen Profilstücke (der körperlich ausgebildeten Hüllbahnen) kann zwar mit Hülfe der in der Theorie der Verzahnungen vorkommenden Methoden vorgenommen werden; allein vermittelst einer geringen Erweiterung der vorhin beschriebenen Construction ist dieses Ziel mit leichter Mühe zu erreichen.

Die Punkte A₂ und A₃ in Fig. 11 beschreiben Ellipsen, deren bezügliche Krümmungsmittelpunkte die Punkte M₃ und M₃ sind. Läfst man nun an der Bewegung der Punkte A₂ und A₃ die Kreisbögen a₂ α₂ und a₃ a₃ theilnehmen, deren Mittelpunkte in A₂ und A₃ liegen, so umhüllen diese Kreisbögen in allen ihren Lagen Aequidistanten b₂ b₂ und b₃ b₃ zu den ursprünglichen Ellipsen. Die Krümmungsmittelpunkte der letzteren fallen selbstverständlich in M₂ und M₃.

Für die geringe Amplitude von im Maximum 6° genügt es, die Hüllbahnen b₂ b₂ und b₃ b₃ etc. nach Kreisbögen herzustellen, deren Mittelpunkte die Punkte M₂ und M₃ etc. sind.

Werden die erzeugenden Profile mit genügend kleinem Radius angenommen, so lassen sich dieselben körperlich als Rollen R und R₁, Fig. 12 und 13, ausführen, welche vollständig die Functionen der festen Profile α α in Fig. 7 und 9 übernehmen können.

Mit dieser Anordnung ist aber auch der Vortheil verbunden, dafs die Reibung zwischen den Profilen in rollende umgewandelt wird, und dafs die Abnutzung zwischen den Rollen R und R₁ und den Profilen b b und b_x b_x sich über die ganze Fläche der Rollen R und R₁ vertheilt.

Selbstverständlich können auch die der Lokomotive angehörigen Profile als Rollen ausgebildet werden.

Claims (4)

Patent-Ansprüche:

1. Die Verbindung von Lokomotive und Tender vermittelst zweier Gegenlenker A₁ M₁ und A₂ M₂, Fig. 2 und 5, deren Längen und Lagen auf die in der Beschreibung angegebene Weise derart bestimmt sind, dafs zwischen beiden Fahrzeugen annähernd die Bewegung einer der beiden Kurbelgetriebe, Fig, ι oder Fig. 4, stattfindet.

2. Die Verbindung von Lokomotive und Tender vermittelst dreier oder mehrerer Gegenlenker A M A₁ M₁ A₂ M₂ etc., Fig. 2 und 5, welche im übrigen nach der Angabe des Anspruchs 1. angeordnet sind, wobei der mehrfach geschlossenen kinematischen Kette die nöthige Beweglichkeit durch Benutzung der Mängel der Ausführung oder durch minimale Heranziehung der Elasticität der Theile gesichert ist.

3. Die Verbindung von Lokomotive und Tender auf die in Anspruch 1. oder 2. defmirte Weise unter Zuhülfenahme von zu einander gehörigen Profilstücken α α und b b, Fig. 7 und g, deren Abhängigkeit von einander durch die Krümmungskreise eines der Kurbelgetriebe, Fig. ι und 4, bedingt wird.

4. Bei den in dem Anspruch 3. definirten Verbindungen die Ausbildung der Profilstücke entweder α α oder b b zu Rollen RR₁, Fig. 12 und 13, welche mit ihren zugehörigen Profilstücken durch die im Anspruch 3. an-

■ gegebene Abhängigkeit im Zusammenhang stehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.