DE2822991C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Triebfahrzeug, insbesondere ein Eisenbahntriebfahrzeug, mit von Radach­ sen federnd getragenen Drehgestellrahmen, mit einem fe­ dernd auf den Drehgestellrahmen gelagerten Fahrzeugrah­ men, mit wenigstens einem unter dem Fahrzeugrahmen und im Inneren des Drehgestellrahmens in der Nähe der von ihm angetriebenen Radachse und parallel zu dieser Achse angeordneten Motor mit fest angeflanschtem Getriebe, mit einer Dreipunktaufhängung von Motor und Getriebe, wobei eine Aufhängung am Fahrzeugrahmen befestigt ist, wobei quer zur Fahrtrichtung mindestens ein längenveränderli­ ches Element am Motor-Getriebe-Aggregat angreift.

Bei Fahrzeugen, die für hohe Geschwindigkeiten gedacht sind, insbesondere bei Eisenbahntriebfahrzeugen, muß die sogenannte kritische Fahrgeschwindigkeit durch konstruk­ tive Maßnahmen möglichst hoch angesetzt werden, um einen ruhigen und ungestörten Fahrzeuglauf zu erreichen. Als kritische Fahrgeschwindigkeit bezeichnet man die Fahrge­ schwindigkeit, bei welcher die Eigenfrequenz des Drehge­ stellrahmens in Resonanznähe liegt, wobei die Erreger­ frequenz aus dem Lauf des Radsatzes oder des Drehge­ stells resultiert. Je höher die Fahrgeschwindigkeit ist, umso höher ist die Erregerfrequenz. Es ist aus diesem Grund vorteilhaft, wenn ein Triebdrehgestell eine mög­ lichst kleine Masse besitzt, damit sein Trägheitsmoment gegenüber Verschiebungen quer zur Fahrtrichtung sowie gegenüber Drehungen um seine vertikal stehende Achse in Drehgestellmitte klein ist. Bei den bekannten und in großen Stückzahlen in Betrieb befindlichen Triebfahrzeu­ gen ist der Motor mit Getriebe fest im Drehgestellrahmen befestigt. Die Kraftübertragung zwischen Getriebe und Rädern bzw. Radachse erfolgt dabei in vorteilhafter Wei­ se durch eine Kardanwelle, die vorzugsweise als Kardan­ hohlwelle ausgebildet ist. Auf diese Weise besteht die völlig ungefederte Masse eines derartigen Triebfahrzeu­ ges aus den Massen der Räder, der sich verbindenden Rad­ achse sowie einem Teil der Kardanwelle.

Auch auf völlig geradem und ebenem Gleis führt das Dreh­ gestell eines Eisenbahnfahrzeuges Quer- und Drehbewegun­ gen aus, die als sogenannter Sinuslauf bekannt sind. Mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit werden die durch diesen Sinuslauf hervorgerufenen Kräfte und Erregerfrequenzen größer. Dazu addieren sich noch die durch die Gleisun­ genauigkeiten, durch Schienenstöße, Weichen und Schie­ nenkrümmungen hervorgerufenen Kräfte und führen zu Un­ stabilitätserscheinungen. Diese sind besoders fühlbar, wenn es sich um ein Triebdrehgestell handelt, bei dem der Motor starr im Drehgestell befestigt ist. Dann ver­ größert die Masse des Motors und des Getriebes die Masse des Drehgestells und damit die ungefederte bzw. nur wenig gefederte Masse insgesamt. Ein solcher Aufbau ist somit nicht brauchbar für Fahrzeuge, die mit Geschwindigkeiten laufen sollen, die wesentlich über den heute üblichen Geschwindigkeiten liegen.

Aus der DE-OS 26 50 035 ist bereits ein Triebfahrzeug, insbesondere ein Eisenbahntriebfahrzeug bekannt, welches für hohe Geschwindigkeiten geeignet sein soll und bei dem die Masse des Drehgestells dadurch verringert wurde, daß der Motor mit einem Untersetzungsgetriebe nicht am Drehgestell, sondern am Fahrzeugrahmen, der gegenüber dem Drehgestell gefedert ist, über drei lotrechte Pendel querschwingbar aufgehängt und die Längskräfte des Motors durch mindestens einen horizontalen Lenker, der in Längsrichtung angeordnet ist, vom Gehäuse des Motors auf ein Rahmenteil des Fahrzeugs übertragen werden, Bewegun­ gen des Motors quer zur Fahrtrichtung werden durch An­ schläge begrenzt.

Zur weiteren Verringerung des Verschleißes an Spurkrän­ zen und Schienenflanken beim Kurvenlauf trägt bei dieser bekannten Anordnung eine Servoeinrichtung bei, die quer­ wirkend an einem Ausleger angreift. Durch die Nachfüh­ rung des Motors quer zur Fahrtrichtung wird das Massen­ trägheitsmoment des Drehgestells um das Massenträgheits­ moment des Motors verringert, so daß die Ausdrehbewegung des Drehgestells um die Z-Achse günstig beeinflußt wird. Die Servoeinrichtung kann auch mit einer an sich bekann­ ten Drehhemmung kombiniert werden, so daß zusätzlich eine den Geradeauslauf stabilisierende Einrichtung vor­ handen ist. Zwei Drehhemmungen können beidseits des Fahrzeuges parallel gleichsinnig vorgesehen sein und in X-Richtung weisen; die Drehhemmung wirkt auf das Drehge­ stell.

Diese Regelung erfordert einen erheblichen elektroni­ schen Aufwand an Steuerelektronik, da in Abhängigkeit von dem jeweiligen Krümmungsradius nachgeregelt werden muß. Dieses Nachregeln ist auch deshalb erforderlich, weil der Motor bei einer Querbewegung praktisch aus der tiefsten Stelle, d. h. aus einer stabilen Lage angehoben wird und bestrebt ist, in diese Lage zurückzukehren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Atriebsanordnung für ein Triebfahrzeug derart zu verbes­ sern, daß die die Bewegungen des Drehgestells beim Hoch­ geschwindigkeitsablauf beeinflussenden Trägheitsmomente möglichst gering bleiben bei gleichzeitiger Vermeidung des hohen elektronischen Aufwands für die vom Krümmungs­ radius bedingte Nachführung der Motormasse. Der Aufbau soll möglichst einfach sein und die bei den im Betrieb befindlichen Triebfahrzeugen bewährten Konstruktions­ teile sollen weiter verwendet werden können.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, daß ex­ trem hohe Fahrgeschwindigkeiten nur auf geraden Gleisen gefahren werden sollen. Dabei liegen die Amplituden der Dreh- und Querbewegungen eines Drehgestells innerhalb gewisser, relativ enger Grenzen. Auch werden die hohen Geschwindigkeiten nur auf speziell vorbereiteten Gleisen gefahren, so daß sonstige Störeinflüsse klein bleiben. In diesem Betriebszustand ist das Motorgehäuse über die erste querliegende Lenkerstange starr mit dem Fahrzeug­ rahmen gekoppelt und nimmt an der Bewegung des Drehge­ stelles nicht teil. Die Relativbewegungen zwischen Dreh­ gestellrahmen und Fahrzeugrahmen werden durch die verti­ kalen Pendel sowie durch die Kardanwelle ausgeglichen.

Beim Kurvenlauf dagegen ist die Fahrgeschwindigkeit klein und es treten größere Drehgestellausschläge auf. In diesem Betriebszustand wird die erste querliegende Lenkerstange gelöst und die zweite querliegende Lenker­ stange stellt eine starre Kopplung zwischen Motor und Drehgestellrahmen her. Jetzt schwenkt das Motor-Getrie­ be-Aggregat bei einem Drehgestellausschlag voll mit. Durch diese Maßnahme wird bewirkt, daß das Antriebs­ teil, welches zwischen Getriebe und Radachse das Dreh­ moment überträgt, das ist die Kardanwelle, die relativ axiale Bewegung zwischen Triebradsatz und Motorgehäuse so mitmacht, daß verschleißlose und wartungsfreie Kar­ dankupplungen der bisher üblichen und bewährten Bauart verwendet werden können.

Vorzugsweise sind ein achsseitiges Pendel und ein motor­ seitiges Pendel durch einen Ausschlagstabilisierungsstab miteinander verbunden. Hierdurch ist ein gleichphasiges Ausschlagen der Pendel gewährleistet und das Motor-Ge­ triebe-Aggregat kann nur quer zur Fahrtrichtung pendeln.

Auf diese Weise werden Ausschläge, die beispielsweise von der Kardanwelle her auf das an den Motor ange­ flanschte Getriebe ausgeübt werden, auf das gesamte Mo­ tor-Getriebe-Aggregat gleichmäßig übertragen, so daß eine zu starke Verwindung der Kardankupplungen verhin­ dert wird.

Vorteilhafterweise sind die querliegenden Lenkerstangen an einem achsseitigen Pendel angelenkt. Auf diese Weise wird erreicht, daß das Motor-Getriebe-Aggregat bei einer festen Kopplung mit dem Drehgestellrahmen dessen Aus­ schläge voll mitmacht, so daß die Kardankupplungen bei den großen Ausschlägen des Drehgestells bei einer Kur­ venfahrt nicht überlastet werden.

Vorzugsweise sind in den beiden querliegenden Lenker­ stangen mechanisch, elektromechanisch oder hydraulisch­ schaltbare Kupplungselemente angeordnet. Das Umschalten dieser Kupplungselemente kann von der Querbewegungsam­ plitude und/oder von der Querkraft abhängig gemacht wer­ den, die zwischen Triebradsatz bzw. Drehgestellrahmen und Motor-Getriebe-Aggregat bzw. Fahrzeugrahmen auftre­ ten. Vorteilhafterweise sind zwischen dem Motor-Getrie­ be-Aggregat und dem Drehgestellrahmen und/oder dem Fahr­ zeugrahmen schwingungsdämpfende Vorrichtungen angeord­ net. Dabei können in bevorzugter Ausbildung die schalt­ baren Kupplungselemente selbst zusätzlich als Dämpfer ausgebildet sein.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines Ausgestaltungsbeispiels näher erläutert werden.

Man erkennt in perspektivischer, teilweise schematischer, teilweise aufgebrochener Darstellung einen Ausschnitt aus einem Triebdrehgestell für ein Hochgeschwindigkeitsfahrzeug, wobei wegen der besseren Übersichtlichkeit der Fahrzeugrahmen nicht gezeichnet wurde. Man erkennt ein Gleis 1, auf dem zwei Antriebsräder 2 laufen. Die Antriebsräder 2 sind durch eine Radachse 20 miteinander verbunden. Ein Drehgestellrahmen 4 stützt sich über Federn 3 auf Achslagern 11 ab. In der Mitte des Drehgestellrahmens 4 erkennt man einen Drehzapfen 5, der die Verbindung zu dem Fahrzeugrahmen herstellt.

Im Inneren des Drehgestellrahmens erkennt man einen Motor 6. Die Aufhängung des Motors 6 am Fahrzeugrahmen, der durch Befestigungen 13 symbolisiert wird, erfolgt über drei Pendel 7, 8, 9. Die beiden durch einen Ausschlagsstabilisierungsstab 23 verbundenen Pendel 8, 9 lassen lediglich eine Bewegung des Motor-Getriebe-Aggregats quer zur Fahrtrichtung zu, während das dritte Pendel 7 nach allen Seiten beweglich ist. Dazu ist der Stabilisierungsstab 23 in den Befestigungen 13 drehbar gelagert und mit den Pendeln 8, 9 fest verbunden.

Am Motor 6 ist ein Untersetzungsgetriebe angeflanscht, bestehend aus einem Motorritzel 15, einem Zwischenrad 16 und einem Großrad 17, welche schematisch angedeutet sind.

Die Kraftübertragung vom Großrad 17 erfolgt über ein nicht sichtbares erstes Kardangelenk auf eine Kardanhohlwelle 18 und über ein zweites Kardangelenk 19 direkt auf eines der Triebräder 2. Wie bereits erwähnt, hat sich eine derartige Anordnung von Motor, Kardanwelle und Triebradsatz bei den heutigen Triebfahrzeugen bereits vielfach bewährt, so daß sie auch für ein Hochgeschwindigkeitsfahrzeug übernommen werden kann.

Die starre Verbindung zwischen dem Motor-Getriebe-Aggregat 6, 10 und dem Fahrzeugrahmen 13 erfolgt beim Hochgeschwindig­ keitslauf über eine querliegende Lenkerstange 12 mit einem schaltbaren Kupplungselement 21. Auf diese Weise kann das Motor-Getriebe-Aggregat starr an den Fahrzeugrahmen ange­ schlossen werden und nimmt dann an einer Drehgestellbewe­ gung nicht teil. Relativbewegungen zwischen Triebradsatz 2, 20 und Fahrzeugrahmen werden durch die Kardankupplungen, die Kardanhohlwelle sowie durch die beiden nicht mit den querliegenden Lenkerstangen 12, 14 verbundenen Pendel 7, 8 ausgeglichen.

Beim Lauf im gebogenen Gleis und bei niedrigen Geschwindig­ keiten wird das Kupplungselement 21 der querliegenden Lenker­ stange 12 gelöst und gleichzeitig ein Kupplungselement 22 in einer zweiten Lenkerstange 14 gekoppelt, so daß sich dann eine starre Verbindung zwischen Motor-Getriebe-Aggregat 6, 10 und Drehgestellrahmen 4 ergibt. Jetzt folgt das Motor-Getrie­ be-Aggregat den Ausschlägen des Drehgestells und die Kardan­ welle mit ihren Gelenken muß nur noch die Relativbewegungen zwischen Triebradsatz und Drehgestell ausgleichen. Um die Eigenbewegungen des Motor-Getriebe-Aggregats 6, 10 gegenüber Fahrzeugrahmen und Drehgestellrahmen 4 zu dämpfen, werden Schwingungsdämpfer eingebaut. Dabei ist es beispielsweise möglich, zu diesem Zweck die schaltbaren Kupplungselemente 21, 22 einzusetzen, so daß das gerade nicht starr gekoppelte Kupplungselement als Dämpfer wirkt.

Claims (9)

1. Drehgestellrahmenanordnung für Triebfahrzeuge, insbesondere Eisenbahntriebfahrzeuge, mit von Radachsen federnd getragenen Drehgestellrahmen, mit einem auf dem Drehgestell gelagerten Fahrzeugrahmen, mit wenigstens einem unter dem Fahrzeugrahmen und im Innern des Drehge­ stellrahmens in der Nähe der von ihm angetriebenen Radachse und parallel zu dieser angeordneten Motor mit fest angeflanschtem Getriebe, mit einer Aufhängung von Motor und Getriebe über drei Pendel am Fahrzeugrahmen, wobei quer zur Fahrtrichtung mindestens ein längenverän­ derliches Element am Motor-Getriebe-Aggregat angreift, dadurch gekennzeichnet, daß querliegende Lenkerstangen (12, 14) mit Elementen (21, 22) zur starren Kopplung vor­ gesehen sind, daß das Motor-Getriebe-Aggregat (6) über eine erste querliegende mit einem Kopplungselement (21) versehene Lenkerstange (12) mit dem Fahrzeugrahmen (13) und über eine zweite querliegende mit einem Kopplungselement (22) versehene Lenkerstange (14) mit dem Drehgestellrahmen (4) starr koppelbar ist, und daß beim Fahren im geraden Gleis (1) das Kopplungselement der ersten Lenkerstange (12) gekoppelt und das Kopp­ lungselement der zweiten Lenkerstange (14) gelöst, beim Fahren im gebogenen Gleis (1) das Kopplungselement der ersten Lenkerstange (12) gelöst und das Kopplungselement der zweiten Lenkerstange (14) gekoppelt ist.

2. Triebfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein achsseitiges Pendel (9) und ein motor­ seitiges Pendel (8) durch einen Drehstab (23) verbunden sind.

3. Triebfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die querliegenden Lenkerstangen (12, 14) an einem achsseitigen Pendel (9) angelenkt sind.

4. Triebfahrzeug nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den querliegenden Lenkerstangen (12, 14) schaltbare Kopplungselemente (21, 22) angeord­ net sind.

5. Triebfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kopplungselemente (21, 22) mechanisch, elektromechanisch, hydraulisch oder pneumatisch schalt­ bar sind.

6. Triebfahrzeug nach wenigstens einem der Ansprü­ che 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschalten der Kopplungselemente (21, 22) von der Querbewegungsam­ plitude des Triebradsatzes (2, 20) abhängig ist.

7. Triebfahrzeug nach wenigstens einem der Ansprü­ che 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschalten der Kopplungselemente (21, 22) von der Querkraft oder auch von der Relativbewegungsamplitude zwischen Motor- Getriebe-Aggregat (6, 10) und Drehgestellrahmen (4) ab­ hängig ist.

8. Triebfahrzeug nach wenigstens einem der Ansprü­ che 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß schwingungs­ dampfende Vorrichtungen zwischen dem Motor-Getriebe-Ag­ gregat (6, 10) und dem Drehgestellrahmen (4) und oder dem Fahrzeugrahmen (13) angeordnet sind.

9. Triebfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die schaltbaren Kopplungselemente (21, 22) selbst zusätzlich als Schwingungsdämpfer ausgebildet sind.