DE2827112C3

DE2827112C3 - Schienenfahrzeug mit Zahnradantrieb

Info

Publication number: DE2827112C3
Application number: DE2827112A
Authority: DE
Inventors: Karl Romanshorn Duffner
Original assignee: Schweizerische Lokomotiv und Maschinenfabrik AG (SLM)
Current assignee: Schweizerische Lokomotiv und Maschinenfabrik AG (SLM)
Priority date: 1978-06-13
Filing date: 1978-06-21
Publication date: 1981-08-27
Also published as: DE2827112B2; FR2430880A1; DE2827112A1; FR2430880B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schienenfahrzeug mit Zahnradantrieb, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei Schienenfahrzeugen der genannten Art werden beim Bremsen auf einer Talfahrt durch die auf die Drehgestelle wirkenden Längskippmomente bekanntlich jeweils die hinteren Laufräder jedes Drehgestells am stärksten entlastet. Durch die beiden gleichsinnig drehenden Fahrmotoren wirkt auf das Drehgestell ein durch die rotierenden Rotormassen hervorgerufenes Querkippmoment mit dem Drehsinn der Fahrmotoren entsprechender Wirkungsrichtung, wodurch sich eine zusätzliche Entlastung der Laufräder der einen Drehgestellseite ergibt.

Bei Bremsung auf einer Talfahrt wird somit, als Summenwirkung des Längs- und Querkippmonentes, das an der durch das Querkippmoment entlasteten Seite des Drehgestelles befindliche Laufrad des in der jeweiligen Fahrtrichtung hinteren Radsatzes am meisten entlastet. Die größten Entlastungen können auftreten, wenn in einer Kurve gebremst wird und sich das meistentlastete Laufrad auf der Schiene mit dem kleineren Radius befindet, da durch die Zentrifugalkraft noch ein zusätzliches Querkippmoment nach der Bogen-Außenseite auf das Drehgestell wirkt, welches die bogeninneren Laufräder zusätzlich entlastet (siehe Borgeaud, »Stand- und Entgieisungssicherheit bei Zahnradbahnen«, Schweizerische Bauzeitung 1969, Heft 4 und 5, Muster S. 62 und Heft 7,1971, S. 159-163.

Es sind verschiedene konstruktive Maßnahmen

bekannt, welche auf eine Herabsetzung der Laufradent-

ίο lastungen im Betrieb hinzielen, um die Entgleisungsgefahr zu vermindern. Aus der CH-PS 5 04 990 ist ein Drehgestell mit gegensinnig drehenden Fahrmotoren bekannt, wobei die Antriebsvorrichtungen entsprechend voneinander verschieden konstruiert sind. Eine solche Konstruktion ist kostspielig, da die unterschiedlichen Getriebe einen relativ großen Aufwand, insbesondere hinsichtlich der Ersatzteil-Lagerhaltung erfordern. Für Schienenfahrzeuge der eingangs genannten Art ist es auch bekannt, z. B. die lokomotivseitige Kupplung nicht am Drehgestell, sondern am Lokomotivkasten anzuordnen (Loosli, »100 Jahre Zahnradbahnen ...«, SLM-Sonderdruck aus ZEV-Glas. Ann. 95, Heft 7/8, 1971 Seite 12). Derartige Maßnahmen führen allerdings nur zu geringfügig verbesserten Stabilitätsfaktoren.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein in dieser Hinsicht verbessertes Schienenfahrzeug zu schaffen, bei welchem die Sicherheit gegen Entgleisung des Fahrzeuges durch einfache, betriebssichere und kostengünstige Konstruktionsmaßnahmen erhöht werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Fahrzeug mit im beschriebenen Sinne »kritischen« Laufrädern, welche im Betrieb die größten Entlastungen erfahren, gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße, zusätzliche Belastung der kritischen Laufräder wird sichergestellt, daß diese bei Bremsung auf einer Talfahrt, auch beim Zusammentreffen mehrerer ungünstiger Einflüsse, nicht von den Schienen abgehoben werden und bei maximal zulässiger Geschwindigkeit keine Entgleisung stattfindet. Die erfindungsgemäße Ausführung ermöglicht die Verwendung identisch ausgebildeter Antriebsvorrichtungen, so daß man z. B. mit einem einzigen Reservegetriebe auskommt.

Die größere Belastung der kritischen Laufräder kann entsprechend den Merkmalen der Unteransprüche erzielt werden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbei-

To spielen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Teilansicht eines Schienenfahrzeuges mit Zahnradantrieb, mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Primärabstützvorrichtung,

F i g. 2 einen Grundriß entsprechend dem Schnitt II-II in der F ig. 1,

Fig.3 eine Einzelheit aus der Fig. 1, zum Teil im Schnitt und in größerem Maßstab darstellt, und

Fig. 4 ein Kraft-Federweg-Diagramm mit den Kennlinien zweier verschiedenen Federn der Primärabstützvorrichtung eines Schienenfahrzeuges in einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

In den F i g. 1 und 2 ist eines von ζ. Β zwei Drehgestellen 1 des Schienenfahrzeuges, mit dem darauf über eine Sekundärfederung 2 abgestützten Teil eines Fahrzeugkastens 3 dargestellt. Dieser ist durch ■inen Drehzapfen 30, um eine Hochachse schwenkbar, mit einem starren Drehgestellrahmen 6 verbunden, der über eine Primärfederung auf Lagergehäusen 4 zweier

darin drehbar gelagerter Radsätze 5 und 5a abgestützt ist Gemäß F i g. 1 ist das Fahrzeug auf gegen die Horizontale geneigten Schienen 31 dargestellt, wobei angenommen ist, daß es sich auf einer Talfahrt in Richtung des Pfeiles 19 befindet >

Jeder der Radsätze 5 und 5a enthält eine Welle 7, auf welcher zwei Laufräder 8 und 9 bzw. 8a und 9a sowie ein mittig zwischen diesen angeordnetes Zahnrad 10 befestigt sind. Das Zahnrad 10 ist zum Eingriff mit einer parallel zu den Schienen 31 verlaufenden Zahnstange 11 ι ο bestimmt Die Wellen 7 sind ferner je mit einer auf der einen Seite des Zahnrades 10 angeordneten Bremstrommel einer der Bremsung des Radsatzes dienenden Bremsvorrichtung 12 and einer auf der anderen Seite des Zahnrades 10 angeordneten, dem Antrieb des Radsatzes 5 bzw. 5a dienenden Antriebsvorrichtung 13 verbunden. Die Antriebsvorrichtungen 13 sind bezüglich der Hochachse (Drehzapfen 30) zentralsymmetrisch angeordnet und mit am Drehgestellrahmen 6 befestigten Fahrmotoren 14 gekuppelt, welche beiderseits der Drehgestell-Längsmittelebene E, mit zu dieser parallelen Rotationsachsen, so angeordnet sind, daß sich ihre Rotormassen im gleichen Drehsinn entsprechend den Pfeilen 15 drehen.

Wenn während der Talfahrt des Schienenfahrzeuges gemäß Pfeil 19 die Radsätze 5 und 5a plötzlich gebremst werden, wirkt auf das Drehgestell 1 ein Längskippmoment Mu welches an den Laufrädern 8a und 9a des bergseitigen Radsatzes Entlastungen L hervorruft. Die sich drehenden Rotormassen der Fahrmotoren 14 üben i< > auf das Drehgestell 1, ein zusätzliches, in ihrem Drehsinn (Pfeile 15) wirkendes Querkippmoment Mq aus. Dieses ist bestrebt die in Fahrtrichtung gemäß Pfeil 19 rechten Laufräder 8 und 9a der beiden Radsätze 5 und 5a hochzuheben und ruft in ihnen Entlastungen Q hervor. Als Summenwirkung der beiden Kippmomente Ml und Mq tritt am Laufrad 9a des bergseitigen Radsatzes 5a eine Gesamtentlastung von L + Q auf. Dieses Laufrad 9a wird somit bei der Talfahrt gemäß Pfeil 19 das kritische, d. h. meistentlastete Laufrad des Drehgestells 1.

Bei einer Talfahrt in umgekehrter, dem Pfeil 19 entgegengesetzter Richtung — auf einem entsprechenden, nicht gezeichneten Streckenabschnitt mit vom Radsatz 5 gegen den Radsatz 5a abfallender Neigung — drehen sich die Fahrmotoren 14 ebenfalls gleichsinnig, jedoch in einem den Pfeilen 15 entgegengesetzten, nicht gezeichneten Drehsinn, so daß entsprechende, auf das Drehgestell 1 einwirkende Querkippmoment die Laufräder 8a und 9 entlastet. Wenn während dieser Talfahrt so gebremst wird, bewirkt das dabei auftretende Längskippmoment eine Entlastung der dann bergseitigen Laufräder 8 und 9. Entsprechend wird bei dieser Talfahrt in umgekehrter Richtung das Laufrad 9 zum kritischen Laufrad, welches dem für die Talfahrt in Richtung des Pfeiles 19 kritischen Laufrad 9a diagonal gegenübersteht.

Die beschriebenen Entlastungen der kritischen Laufräder 9 und 9a können, ohne geeignete Vorkehrungen, bei entsprechend hoher Fahrgeschwindigkeit und eo plötz'icher starker Bremsung, zu einer Beeinträchtigung der lintgleisungssicherheit führen. Dies insbesondere, wenn in einer Kurve gebremst wird und sich das für die jeweilige Talfahrt Kritische Laufrad 9 bzw. 9a auf der bogetiinneren Schii-'ne mit kleinerem Radius befindet, da das durch die Zentrifugalkraft hervorgerufene zusätzliche QuerkippmomCnt nach der Außenseite des Bogens auf das Drehgestell 1 wirkt und die bogeninneren Lauf räder zusätzlich entlastet

Die Primärfederung des in den F i g. 1 und 2 dargestellten Drehgestells 1 weist im wesentlichen unter sich gleiche Federn 16 und 17 auf, welche paarweise je auf einem der Lagergehäuse 4 der einander diagonal gegenüberstehenden Laufräder 8 und 8a bzw. 9 und 9a angeordnet sind. Dabei sind die den kritischen Laufrädern 9 und 9a zugeordneten Federn 17 je durch einen Vorspannring 18 zusätzlich vorgespannt während die den nichtkritischen Laufrädern 8 und 8a zugeordneten Federn 16 keine solchen Vorspannringe aufweisen.

Wie aus der F i g. 3 hervorgeht sind die Lagergehäuse 4 relativ zum Drehgestellrahmen 6 je durch zwei Führungszapfen 21 beweglich geführt von denen jeder von einer der Federn 17 bzw. 16 umgeben ist jeder Führungszapfen 21 ist in einer im Drehgestellrahmen 6 eingeschweißten Büchse 22 eingepreßt und in der Führungsbohrung einer im Lagergehäuse 4 eingepreßten Führungsbüchse 23 geführt. Zwischen den Vorspannringen 18 und dem Drehgestellrahmen 6 sind Gummibeilagen 20 angeordnet. Zur Begrenzung der Bewegung des einfedernden Drehgestellrahmens 6 weisen die Lagergehäuse 4 je eine Anschlagfläche 25 für einen am Drehgestellrahmen 6 vorgesehenen Anschlag 24 auf.

Die Höhe der Vorspannringe 18 ist nach Maßgabe der erforderlichen zusätzlichen Vorspannung der Federn 17 so bemessen, daß die Stillstands-Radlasten der kritischen Laufräder 9 und 9a um vorbestimmte Beträge größer sind als die Stillstands-Radlasten der anderen Laufräder 8 und 8a Diese Beträge werden unter Berücksichtigung der Reibungsverhältnisse, der Fahrgeschwindigkeit und der ausgeübten Bremskraft vorgzugsweise so gewählt, daß die Sicherheitsfaktoren gegen Entgleisung für Links- und Rechtskurven mindestens annähernd gleich groß sind.

Die zusätzlichen Vorspannungen in den Federn 17 wirken somit den Entlastungen der kritischen Laufräder 9 und 9a entgegen, so daß die Sicherheit gegen Entgleisen erhöht wird.

Eine nicht eigens dargestellte zweite Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezugnahme auf die F i g. 1,2 und 4 erläutert. Der Entgleisungsgefahr wird bei dieser Ausführungsform nicht durch Mittel zur zusätzlichen Vorspannung der den kritischen Laufrädern 9, 9a zugeordneten Federn 17 begegnet, sondern dadurch, daß für die vom Standpunkt der Entlastung verschiedenen Laufräder 8,8a und 9,9a zwei ungleiche Federarten verwendet werden, indem z. B. die Federn 17 härtere Federcharakterisktiken aufweisen. Von den in der Fig.4 dargestellten Kraft-Federweg (P-W)-Kennlinien bezieht sich die flachere Kennlinie Zi₆ auf die Federn 16 der nicht kritischen Laufräder 8, 8a, und die steilere Kennlinie Zi₇, auf die Federn 17 der kritischen Laufräder 9, 9a. Durch geeignete Wahl dieser Kennlinien kann der Unterschied zwischen den Stillstands-Radlasten nach Wunsch festgelegt und den Sicherheitsanforderungen gegen Entgleisung auch bei dieser Ausführungsform unproblematisch entsprochen werden.

Nach einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann — auch bei der Verwendung von unter sich gleichen Federn der Primärfederung, entsprechend den Federn 16 und 17 in F i g. 1 und 2 — von der Anordnung zusätzlicher Vorspannmittel abgesehen werden, wenn die Gewichte der verschiedenen Bestandteile der Radsätze 5 und 5a, z. B. durch entsprechende Ausführung der Bremstrom-

mein 12 (F i g. 2), so verteilt sind, daß sich der Schwerpunkt jedes Radsatzes 5 bzw. 5a in derjenigen Hälfte desselben befindet, welche das kritische Laufrad 9 bzw. 9a trägt. Dadurch wird ebenfalls erreicht, daß die Stillstands-Raddrücke der kritischen Laufräder 9 und 9a größer als de Stillstands-Raddrücke der anderen Laufräder 8 und 8a sind. Durch geeignete Wahl der Gewichte und damit der Stellung der Radsatz-Schwerpunkte kann die die Mehrleistung der kritischen Laufräder so festgesetzt werden, daß trotz der beschriebenen betrieblichen Entlastungen ein genügend großer Sicherheitsfaktor gegen Entgleisung gewährleistet wird. Es versteht sich, daß diese Ausführungsform auch in Kombination mit den Merkmalen der anderen beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden kann.

Zusammenfassung

Die Drehgestelle (1) eines Schienenfahrzeuges mit Zahnradantrieb weisen je zwei Radsätze (5, 5a) mit gleichen Antriebsvorrichtungen (13) und gleichsinnig drehenden, gleichen Fahrmotoren (14) auf. Zur Erhöhung der Sicherheit gegen Entgleisung sind erfindungsgemäß die Stillstands-Raddrücke der bei Bremsungen auf Talfahrten die größten Entlastungen erfahrenden,

■■> »kritischen« Laufräder (9,9a^ größer als die Stillstands-Raddrücke der anderen Laufräder (8, 8a). Dies kann durch zusätzliches Vorspannen der den kritischen Lauf rädern (9, 9a) zugeordneten Federn (17) der Primärfederung gegenüber deren anderen, sonst gleichen Federn (16) mittels Vorspannringen (18) bewerkstelligt werden. Die Federn (17) der kritischen Laufräder (9, 9a) können auch steilere Kennlinien als die Federn (16) der anderen Lauf räder (8,6a) aufweisen. Die gleiche Wirkung kann erzielt werden, wenn der Schwerpunkt

r> jedes Radsatzes (5, 5a) in derjenigen Hälfte desselben iiegt, weiche das kritische Laufrad (9, 9a) trägt. Die Mehrbelastung der kritischen Laufräder (9, 9a) wird vorzugsweise so gewählt, daß die Sicherheitsfaktoren gegen Entgleisung für Links- und Rechtskurven unter vorbestimmten Betriebsbedingungen mindestens annähernd gleich groß sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schienenfahrzeug mit Zahnradantrieb, dessen Drehgestelle je zwei Radsätze aufweisen und jeder Radsatz ein zwischen seinen beiden Laufrädern angeordnetes Zahnrad, eine zwischen dem Zahnrad und einem der Laufräder angeordnete, den Radsatz antreibende Antriebsvorrichtung, einen die Antriebsvorrichtung antreibenden, in Längsrichtung des Fahrzeuges angeordneten Fahrmotor und eine zwischen dem Zahnrad und dem zweiten Laufrad angeordnete, der Bremsung des Radsatzes dienende Bremsvorrichtung aufweist, wobei die Antriebsvorrichtungen der beiden Radsätze die gleiche Konstruktion aufweisen und ihre Fahrmotoren sich in gleichem Sinn drehen, und wobei die Raddrücke derjenigen Laufräder, bei denen sich bei Talfahrten die von Bremsungen herrührenden Lärigskippmomente und die von den rotierenden Rotormassen der Fahrmotoren herrührenden Querkippmomente summieren, die größten Entlastungen erfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Stillstands-Raddrücke dieser Lauf räder (9, 9a) um vorbestimmte, unter Berücksichtigung der Geschwindigkeits- und Reibungsverhältnisse festgesetzte Beträge größer sind als die Stillstands-Raddrücke der anderen Laufräder (8, Sa).

2. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federung der die größten Entlastungen erfahrenden Laufräder (9, 9a) in montiertem Zustand stärker als die Federung der anderen Lauf räder (8, Sa) vorgespannt ist.

3. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federung die größten Entlastungen erfahrenden Laufräder (9, 9a) eine steilere Kennlinie als die Federung der übrigen Lauf räder (8, Sa) besitzt.

4. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Schwerpunkt jedes Radsatzes (5, 5a) in derjenigen Hälfte desselben befindet, welche das die größten Entlastungen erfahrende Laufrad (9,9a) trägt.