DE2650035A1 - Drehgestellanordnung fuer schnellauffaehige elektrische schienen-trieb-fahrzeuge - Google Patents

Drehgestellanordnung fuer schnellauffaehige elektrische schienen-trieb-fahrzeuge

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DE2650035A1 DE19762650035 DE2650035A DE2650035A1 DE 2650035 A1 DE2650035 A1 DE 2650035A1 DE 19762650035 DE19762650035 DE 19762650035 DE 2650035 A DE2650035 A DE 2650035A DE 2650035 A1 DE2650035 A1 DE 2650035A1
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Description

bru/kr
Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
Aktiengesellschaft
Nürnberg, 18. Okt. 1976
Drehgestellanordnung für schneilauffähige elektrische Schienen-Trieb-Fahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehgestellanordnung für schnellauffähige elektrische Schienen-Trieb-Fahrzeuge entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches I.
Es ist bereits eine Drehgestellanordnung für schnellauffähige elektrische Schienen-Trieb-Fahrzeuge mit einem Drehgestell bekannt, auf dessen Rahmen der Aufbau des Fahrzeuges über seitlich angeordnete Federmittel abgestützt ist und bei dem die Übertragung von' Beschleunigungs- und Verzögerungskräften durch einen von lotrechten Kräften entlasteten, in ein Querhaupt eintauchenden Drehzapfen erfolgt, wobei auch das Querhaupt durch mindestens ein Lenkerpaar gegenüber dem Drehgestellrahmen geführt ist. Dieses Laufwerk ist lediglich als Laufdrehgestell und noch nicht für die heute zu berücksichtigenden Geschwindigkeiten entworfen worden.Der evtl. Einbau von Antriebsmotoren war hier in herkömmlicher Weise vorgesehen (DT-PS I 405 6l8; B 61 f).
Es ist auch eine Drehgestellführung für ein gasgefedertes schnellauffähiges Drehgestell bekannt, bei der der Rahmen
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des Drehgestelles über eine in der lotrechten Fahrzeug-Längsmittelebene liegende Mitnehmer-Gelenkstange mit dem Aufbau des Fahrzeuges gelenkig verbunden und das zwischen beiden Fahrzeugteilen mögliche Querspiel durch eine elastische Querspielbegrenzung begrenzbar ist. Bei diesem Drehgestell wird auf dessen Rahmen die Wagenkasten-Auflast ebenfalls seitlich und ohne Zwischenschaltung eines Wiegebalkens durch Gasfedermittel übertragen. Sofern das bekannte Drehgestell für Antrieb durch elektrische Motoren vorgesehen warden soll, erfolgt deren Einbau ebenfalls in herkömmlicher Weise (DT-OS 2 144 157; B 61 f, 5/00).
Ein anderer Ausgangspunkt für die erfindungsgemäße Drehgestellanordnung ist der Kardanhohlwellenantrieb für Bahnmotoren, wobei die Läuferachse des Motors der Radsatzwellenachse parallel liegt. Hierbei ist das Gehäuse des Motors in mindestens drei Punkten im Rahmen des Drehgestelles elastisch aufgehängt. Der Drehmomentfluß zwischen Motorläufer und Treibradsatz erfolgt hier über Ritzel, Großrad, eine erste gelenkig nachgiebige Kupplung, eine die Treib-Radsatzwelle umschließende Kardanhohlwelle und eine zweite gelenkig nachgiebige Kupplung. Die unterschiedlich elastischen Nachgiebigkeiten dieser Kupplungen in y-Richtung bzw. in Bezug auf die der Radsatz- und der Hohlwelle gemeinsamen Achse trägt den sich aus der Motoraufhängung ergebenden Relativbewegungen der Einzelteile Rechnung. Das Großrad ist auf einem mit dem Motor verbundenen Hohlzapfen drehbar gelagert, der wiederum durch die Kardanhohlwelle mit Spiel durchdrungen wird. Dem Radsatz sind hier gegenüber dem durch die erste Federung des Drehgestelles abgefederten Motor Querverschiebungen und Schränkbewegungen möglich, während der Motor in lotrechter Richtung infolge der zwischengeschalteten ersten Federung die durch diese ermöglichte lotrechten Federspiele mitmacht. (Sonderdruck aus Siemens-Zeitschrift Heft 11/1966, Seiten 800 bis 809, insbesondere Bild 4 sowie Abschnitt Gummiringkardanantrieb GKA).
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Bei den bekannten Drehgestellanordnungen sind die in lotrechter Richtung wirkenden unabgefederten Massen weitgehend verringert worden. Beim Vorstoß in erst neuerdings regelmäßig befahrene Geschwindigkeitsbereiche hat es sich indessen herausgestellt, daß der Einfluß der großen Massen, beispielsweise der Antriebsmotoren samt deren Zahnradvorgelege, sich noch sehr ungünstig auf den Drehgestellauf waagerecht quer sowie auf den Verschleiß der Planken von Spurkränzen und Pahrschienen auswirkt.
Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, eine insbesondere für Hochgeschwindigkeitsfahrzeuge geeignete Drehgestellanordnung zu schaffen bzw. weiterzuentwiekeln, die unter Vermeiden der Nachteile bekannter Konstruktionen dadurch besonders den an schnellauffähige Drehgestelle zu stellenden Anforderungen Rechnung trägt. So sollen u.a. der Einfluß der großen Massen der Vortriebseinrichtung verringert werden, wobei insbesondere der Einfluß der Verschiebebewegungen waagerecht quer sowie von den Ausdrehbewegungen der Drehgestelle berücksichtigt werden. Gleichermaßen soll für den Einbau der voll abgefedert zu lagernden Motoren samt Zubehör viel Platz zwischen dan Radsatzwellen und den Drehgestell-Langträgerri verbleiben.
Diese Aufgabe ist durch die dem Patentanspruch 1 entnehmbare Erfindung vollständig gelöst, wodurch u.a. folgende Vorteile sich ergeben:
Die unabgefederten Massen der Vortriebseinrichtung sind auf ein Minimum reduziert. Der Einfluß des Massenträgheitsmomentes der Antriebseinrichtung auf die vorgenannten Drehgestellbewegungen ist äußerst verringert. Dies wirkt sich günstig infolge Verringerung des Spurkranzverschleißes sowie der Abnutzung der Schienenflanken aus. Ausdrehbewegun-
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gen um die z-Achse wirkt ein geringes Drehmoment entgegen. Nickbewegungen des Rahmens um die y-Achse werden in geringerem Maße angeregt. Durch Entfall von Aufhängepratzen und dgl. im Drehgestellrahmen entfällt deren Raumbedarf. Der Sinuslauf wird durch diese Maßnahmen insbesondere im höheren Geschwindigkeitsbereich stabilisiert.
Die weiteren Ansprüche beinhalten zwwckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung.
Dem Nachteil zu hoher Kommutatorbelastung kann durch entsprechende Nachgiebigkeit in Umfangsrichtung bei einem der elastischen Gelenke des Antriebes Rechnung getragen werden.
Der größtmögliche horizontale Querweg zwischen Motor und Drehgestell-Rahmen ist zweckmäßigerwexse begrenzt, um die räumlichen Gelenke im Antrieb nicht für zu große Verschiebewege auslegen zu müssen. Wegen der Entkoppelung der Querschwingung von Sinuslauf und Drehgestellrahmenschwingung sind Querfederelemente (elastische Anschläge) und freies Spiel vorgesehen.
Durch Ausbildung der Gelenke von Pendel und Drehmomentstützen als Gummi-Metall-Verbundgelenke ist jeglicher Verschleiß hier ausgeschlossen.
Die Beeinflussung der Ausdrehbewegung des Drehgestelles um die z-Achse durch über Steuergeräte beeinflußbare Servoeinrichtungen tragen weiter zur Verbesserung des Drehgestellaufes und Verringerung des Verschleißes an den Spurkränzen und Schienenflanken bei. Neben den genannten Einrichtungen kann auch zusätzlich eine den Geradeauslauf stabilisierende eingebaut sein.
Für die raumsparende Ausbildung des Drehpunktes zwischen
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Drehgestell und Aufbau gibt die Erfindung dem Konstrukteur mehrere Möglichkeiten an Hand. Bevorzugt wird eine drehzapfenlose Ausführung mit Mittel-Längslenker, wobei der Aufbau zweckmäßigerweise mittels Gasfedermitteln auf dem Drehgestell-Rahmen abgestützt ist.
Bevorzugte beispielsweise Ausbildungen des Gegenstandes der Erfindung sind in der schematischen Zeichnung dargestellt; es zeigen:
Pig. I die Draufsicht auf die erfindungsgemäße Drehgestellanordnung, mit nur angedeutetem Drehpunkt zwischen Drehgestell und dem (nicht dargestellten) Aufbau,
Fig. 2 einen Querschnitt entsprechend II-II gemäß Pig. I mit der Darstellung insbesondere des Kardanhohlwellenantriebes und der Motoraufhängung am nur angedeuteten Untergestell.
Die Zeichnung zeigt die wesentlichen Teile der erfindungsgemäßen Drehgestellanordnung, wobei jedoch der Drehpunkt nur angedeutet und der.vom Drehgestell 25 über Federmittel 10 getragene Aufbau 27 nur angedeutet ist. Im Rahmen 8 dieses Drehgestelles 25 sind Radsätze, die aus Radsatzwellen und Radscheiben 7 bestehen, über eine erste Federung 9 abgefedert und drehbar gelagert.
In dem Raum der durch Radsatzwelle 6, Radscheiben 7 bzw. Langträgern 28 und Querträger J50 begrenzt wird, ist der Elektro-Motor I an Pendeln 2 in Querrichtung y bzw. um Hochachse ζ schwingbar gehalten. Die wirksamen Längen 24 der Pendel 2 ergeben sich aus der Schwingungsberechnung. Die Eigenfrequenz der Pendelaufhängung weicht deutlich von der Frequenz des Sinuslaufes und der Sekundärquerfederung ab. Zur Befestigung des einen Endes Jedes Pendels 2
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mittels räumlicher Gelenke 21 (vorzugsweise Gummi-Metall-Verbundgelenke) befinden sich am Motorgehäuse Pratzen, die aus räumlichen bzw. kinetischen Gründen auch als Ausleger 3*1 ausgebildet sein können.
Das Motordrehmoment wird vom Läufer des Motors 1 über das Ritzel 17 auf das Großrad \6 übertragen, das auf einem vom Motorgehäuse gehaltenen Hohlzapfen 32 drehbar gelagert ist. Der Hohlzapfen ist in Nullage des Drehgestelles achsengleich mit der Radsatzwelle 6 (Zentrale l8). Vom Großrad 16 überträgt ein erstes nachgiebiges Gelenklager 4b das Drehmoment auf Kardanhohlwelle 5* die den Hohlzapfen 32 durchdringt und den zwischen den Radscheiben 7 liegenden Teil der Radsatzwelle 6 umschließt. Vom glockenförmigen Ende der Kardanhohlwelle 5 aus wird das Drehmoment über ein weiteres elastisch nachgiebiges Gelenklager 4a auf die Radscheibe 7 bzw. die Radsatzwelle 6 übertragen. Beim Verzögern verläuft der Drehmomentfluß selbstverständlich in entgegengesetzter Richtung. Von den beiden Gelenklagern ist Lager 4b im Großrad l6 zweckmäßigerweise hauptsächlich in Wirkrichtung des Drehmomentes und Lager 4a in erster Linie in axialer Richtung nachgiebig. Das radial unnachgiebige Pendelgelenk 4a ist gur ausgewuchtet und zentriert die Hohlwelle 5 genau auf der Radsatzwelle. Die Hohlwelle 5 ist mit dem Radsatz 6, 7 dynamisch ausgewuchtet.
Zur Übertragung der Massenkräfte des Motors dient ein Lenker 12, der beidenendes in räumlichen Gummi-Metall-Verbundgelenken angeschlossen ist. Das nicht motorseitige Ende des Lenkers 12 kann am Rahmen 8 oder am Untergestell 3 angeschlossen sein.
Für die gegenständliche Ausbildung des Drehpunktes 20 sind nach der Erfindung an sich bekannte Lösungen vorgesehen.
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Sofern z.B. ein an sich bekannter gegenständlicher Drehzapfen vorgesehen werden soll, taucht dieser in einem verschleißlosen Gelenk in ein Joch, das seinerseits mittels zweier in verschleißlosen Buchsen gelagerter Längslenker gegenüber dem Querträger des Drehgestelles gehalten wird. Das mögliche Wiegenquerspiel ist durch elastische Anschläge begrenzbar.
Als zweite Federung (Federmittel 10) sind beidseits Gasfedern vorgesehen. Jede Gasfeder ist hier sowohl in lotrechter als auch in radialer Wirkrichtung beanspruchbar.
Das' größtmögliche Querspiel 11 zwischen Drehgestell 25 und Aufbau 27 ist in üblicher Weise mittels einer Querwegbegrenzung 26 bzw. durch elastische Querpuffer begrenzbar.
Zur weiteren Verringerung des Verschleißes an Spurkränzen und Schienenflanken beim Kurvenlauf trägt alternativ die Servoeinrichtung 14 bei, die hier als querwirkend am Ausleger 31 in einem gewissen Abstand vom Drehpunkt 20 angreifende doppeltwirkende Kolben-Zylinder-Einheit dargestellt ist. An deren Stelle könnte auch eine,elektromotorische/ -magnetische Einheit treten.
Die Beaufschlagung der Servoeinrichtung 14 mit dem jeweiligen Energieträger (Druckluft, Drucköl oder Elektrizität) wird durch ein Steuergerät 15 gesteuert. Sofern das betreffende Schienenfahrzeug ohnehin mit einer Steuereinrichtung zum gleisbogenabhängigen Steuern der V/agenkastenneigung ausgerüstet ist, kann mit dieser Einrichtung das Steuergerät 15 kombiniert sein.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, die Servoeinrichtung 14 mit einer an sich bekannten Drehhemmung J8 zu kombinieren, die als an sich bekannt nioht dargestellt wurde.
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Claims (15)

BRU/kr Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft Nürnberg, 18. Okt. 1976 Patentansprüche
1. Drehgestellanordnung für schneilauffähige elektrische Schienen-Trieb-Fahrzeuge mit mindestens zwei den Aufbau des Trieb-Fahrzeuges tragenden, jeweils durch mindestens einen Elektro-Motor antreibbaren Trieb-Drehgestellen, deren jedes über eine zweite Federung den Aufbau trägt und mit diesem einen gemeinsamen Drehpunkt hat, wobei der Läufer des vollabgefedert sowie querliegend eingebauten Motors über Vorgelege und einen, elastische Gelenklager aufweisenden Kardanhohlwellen-Antrieb mit dem Treibradsatz verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (1) durch mindestens drei lotrechte Pendel (2), im Raum zwischen der Radsatzwelle (6) und der lotrechten Drehgestell-Quermittelebene y querschwingbar am Untergestell (5) des Aufbaues (27) gehalten, und daß Längskräfte des Motors durch mindestens einen Lenker (12) beträchtlicher Längserstreckung vom Gehäuse des Motors (1) auf das benachbarte Rahmenteil (8 oder 3) des Fahrzeuges übertragbar sind.
2. Drehgestellanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenker (12) horizontal längsliegend eingebaut und am Querträger (30) des Rahmens (8) abgestützt ist.
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3. Drehgestellanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenker (12) horizontal längsliegend eingebaut und am Untergestell (3) abgestützt ist.
4. Drehgestellanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Querspiel (11) des Motors (1) im Drehgestell (25) durch eine Querwegbegrenzung (26) begrenzbar ist.
5. Drehgestellanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querwegbegrenzung (26) mit mindestens einem elastischen Anschlag (Puffer) zur Querfederung ausgestattet ist und freie Spiele (11) aufweist.
6. Drehgestellanordnung nach einem oder mehreren der Anspruch? 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenke (21, 22 bzw. 23) an den Enden der Pendel (2) bzw. des Lenkers (12) als räumliche Bewegungen ermöglichende Gummi-Metall-Verbundgelenke ausgebildet sind.
7. Drehgestellanordnung nach Ansprüchen I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Querbewegung des Motors (1) durch mindestens eine Über ein Steuergerät (I5) steuerbare Servoeinrichtung (14) beeinflußbar ist.
8. Drehgestellanordnung nach Anspruch 1 bzw. 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Drehhemmung beidseits des Fahrzeuges je eine zu einer zweiten parallel gleichsinnig in x-Richtung weisende, auf das Drehgestell wirkende Drehhemmung (33) vorgesehen ist.
9· Drehgestellanordnung nach Anspruch 1, 7 bzw. 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Servoeinrichtungen (14, 33)
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jeweils eine in zwei einander entgegengesetzte Richtungen wirkende pneumatische Kolben-Zylinder-Einheit beinhalten.
10. Drehgestellanordnung nach Anspruch 1, 7 bzw. 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Servoeinrichtungen (14, 33) jeweils eine in zwei einander entgegengesetzte Richtungen wirkende hydraulische Kolben-Zylinder-Einheit beinhalten.
11. Drehgestellanordnung nach Anspruch 1, 7 bzw. 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Servoeinrichtungen (14, 33) jeweils eine in zwei einander entgegengesetzte Richtungen wirkende elektromagnetische Einheit beinhalten.
12. Drehgestellanordnung nach Anspruch 1 bzw. 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Regelgröße für das Steuergerät (15) die Gleiskrümmung bzw. der Drehgestell ausschlag, dient.
13· Drehgestellanordnung nach Anspruch 1 bzw. 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Regelgröße für das Steuergerät (15) die Fliehkraft dient.
14. Drehgestellanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Last des Aufbaues (27) über Federmittel (10) auf den Rahmen (8) des Drehgestelles (25) übertragen, und daß der Drehpunkt (20) als ein von lotrechten Kräften entlasteter ausgebildet ist.
15. Drehgestellanordnung nach Ansprüchen 1 bzw. 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Federmittel (10) der zweiten Federung als Gasfederbälge ausgebildet und daß die Beschleunigungs-/Verzögerung-Kräfte zwischen dem drehzapfenlosen Drehgestell (25) und dem Aufbau (27) durch mindestens einen Längslenker übertragbar sind.
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l6. Drehgestellanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Mittel in Gelenklager (4a) hauptsächlich in ümfangsrichtung, das elastische Mittel in Gelenklager (4b) hauptsächlich in Richtung waagerecht quer nachgiebig, in radialer Richtung jedoch unnachgiebig ausgebildet ist.
17· Drehgestellanordnung nach Anspruch 1 bzw. l6, dadurch gekennzeichnet, daß das an dem Radsatz (6, 7) angeschlossene Gelenklager (4b) der Kardanhohlwelle (5) dynamisch ausgewuchtet und als Pendelgelenk ausgebildet ist.
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