DE4413805A1 - Selbstlenkendes dreiachsiges Laufwerk für ein Schienenfahrzeug - Google Patents
Selbstlenkendes dreiachsiges Laufwerk für ein SchienenfahrzeugInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein selbstlenkendes dreiachsiges
Laufwerk für ein Schienenfahrzeug gemäß den Oberbegriffen der
nebengeordneten Ansprüche 1 und 2.
Aus der DE 41 40 126 A1 ist ein Laufwerk für Schienenfahrzeuge
mit drei angetriebenen Radsätzen bekannt, die in einem Dreh
gestell- oder Fahrzeugrahmen elastisch gelagert sind und bei dem
durch ein Lenkgestänge die sich bei Bogenfahrt einstellenden
Drehbewegungen des ersten Radsatzes und des dritten Radsatzes um
vertikale Achsen mit der durch Längslenker geführten Querbewe
gung des zweiten Radsatzes gekoppelt sind. An den Radsatzlager
gehäusen des ersten Radsatzes und des dritten Radsatzes sind in
Richtung auf den zweiten Radsatz weisende, parallel zur Fahr
zeuglängsmitte verlaufende Lenkerstangen gelenkig befestigt, de
ren jeweils vom Radsatzlager abgewandtes Ende an den zur Fahr
zeuglängsmitte weisenden Armen von außen am Drehgestell- oder
Fahrzeugrahmen gelagerten Winkelhebeln gelenkig befestigt sind,
deren in Richtung auf den zweiten Radsatz weisende Arme jeweils
durch eine in Querrichtung verlaufende Koppelstange gelenkig
miteinander verbunden sind. Die jeweils in Richtung auf den
zweiten Radsatz verlängerten Arme der zueinander diagonal ver
setzt angeordneten Winkelhebel sind über außen am Drehgestell-
oder Fahrzeugrahmen gelagerte und in Fahrzeuglängsrichtung ver
laufende Doppelhebel mit den Stirnseiten der Radsatzlagergehäuse
des zweiten Radsatzes gelenkig miteinander verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein selbstlenkendes
dreiachsiges Laufwerk für ein Schienenfahrzeug der eingangs
genannten Art anzugeben, bei dem auch der Mittelradsatz durch
Fliehkraft bedingte Seitenkräfte auf die Schienen überträgt.
Diese Aufgabe wird alternativ in Verbindung mit den Merkmalen
der Oberbegriffe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des
Anspruchs 1 und 2 angegebenen Merkmale gelöst.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere
darin, daß ein selbstlenkendes, dreiachsiges Laufgestell für ein
Schienenfahrzeug geschaffen wird, bei dem die durch Fliehkraft
bedingten Seitenkräfte auf die Außenradsätze vermindert werden.
Bei geeigneter Beaufschlagung des aktiven Stellgliedes wirkt auf
jeden Radsatz je ein Drittel Fliehkraftanteil. Gleichzeitig wer
den die der Steuerbewegung entgegenstehenden, eine Querbewegung
des Mittelradsatzes und Drehbewegungen der Endradsätze behin
dernden horizontalen Rückstellkräfte der Primärfedern überwun
den. Allgemein gilt für das selbstlenkende dreiachsige Laufwerk,
daß alle drei Radsätze zur Steuerung bei Kurvenfahrt herangezo
gen werden. Durch die aktive Mitwirkung des Mittelradsatzes am
Steuerungssystem wird inbesondere bei kleinen Bogenradien, bei
denen für die radiale Stellung größere horizontale Auslenkungen
der Radsatzfedern erforderlich werden, die Ausrichtung der Rad
sätze zur Bogenmitte verbessert. Weitere Vorteile sind aus der
Beschreibung ersichtlich.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dar
gestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein erste Ausführungsform mit aktivem Stellglied zwi
schen Mittelradsatz und Drehgestell,
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform mit aktivem Stellglied
zwischen Mittelradsatz und Fahrzeugkasten.
Durch Radialsteuerung werden die im Bogen die durch die Reibung
Rad/Schiene verursachten Seitenkräfte vermindert bzw. im Ideal
fall vermieden. Seitenkräfte durch Fliehkraft oder Abtriebsüber
schuß im Bogen müssen in jedem Fall von den Radsätzen (Achsen)
auf das Gleis übertragen werden. Bei dreiachsigen Drehgestellen
(Laufgestellen) wird die Fliehkraft nur von den Endradsätzen
(Außenradsätze) übertragen, da diese die Führung im Bogen aus
führen. Während beim zweiachsigen Drehgestell jeder Radsatz den
der Radsatzlast entsprechenden Fliehkraftanteil überträgt, muß
beim dreiachsigen Drehgestell jeder Endradsatz etwa die Hälfte
der durch Fliehkraft verursachten Seitenkräfte übertragen, wenn
keine besonderen Vorkehrungen getroffen werden, damit auch der
Mittelradsatz den der Radsatzlast entsprechenden Fliehkraftan
teil überträgt.
In Fig. 1 ist ein Drehgestell mit aktivem Stellglied zwischen
Mittelradsatz und Drehgestell dargestellt, wobei eine solche
Verlagerung des Fliehkraftanteils auf den Mittelradsatz erfolgt,
daß alle drei Radsätze je ein Drittel der durch Fliehkraft ver
ursachten Seitenkräfte auf die Schienen übertragen.
Es ist die Sicht auf ein selbstlenkendes, dreiachsiges mit dem
Fahrzeugkasten eines Schienenfahrzeuges beweglich verbundenes
Drehgestell 1 gezeigt. Das Drehgestell 1 weist einen aus paral
lelen Längsträgern 2, 3 und parallelen Querträgern 4, 5 be
stehenden Drehgestellrahmen auf. An den Längsträgern 2, 3 sind
Radsatzlager 6 bis 11 der drei Achsen 12 bis 14 über nicht dar
gestellte Radsatzfedern befestigt, und zwar Radsatzlager 6, 7
für die erste, dem ersten Antriebsmotor 16 zugeordnete Achse 12
(Außenachse, Außenradsatz), Radsatzlager 8, 9 für die zweite
(mittlere), dem zweiten (mittleren) Antriebsmotor 17 zugeordnete
Achse 13 (Mittelradsatz) und Radsatzlager 10, 11 für die dritte,
dem dritten Antriebsmotor 18 zugeordnete Achse 14 (Außenachse,
Außenradsatz). Radsatzlager 9 ist in Fig. 1 nicht zu erkennen,
jedoch in Fig. 2 dargestellt.
Die Radsatzlager 6, 7, 10, 11 der beiden Außenachsen 12, 14 sind
unter anderem in Richtung parallel zu den Längsträgern 2, 3 des
Drehgestellrahmens, d. h. in Fahrtrichtung bzw. entgegen der
Fahrtrichtung des Schienenfahrzeuges beweglich, was durch Rich
tungspfeile x1, x2 jeweils angedeutet ist. Die Radsatzlager 8, 9
der mittleren Achse 13 sind unter anderem in Richtung parallel
zu den Querträgern 4, 5 des Drehgestellrahmens, d. h. senkrecht
zur Fahrtrichtung des Schienenfahrzeuges beweglich, was durch
Richtungspfeile y1, y2 jeweils angedeutet ist.
Die durch Tatzlagermotoren 16 bis 18 angetriebenen Laufräder
sind mit 15 bezeichnet.
Es ist ein Steuerzylinder 22 (allgemein: aktives Stellglied)
vorgesehen, dessen beweglicher Kolben 21 über eine Kolbenstange
20 mit einem Gelenk 19 am Mittelradsatz 13, 8, 9 - z. B. am An
triebsmotor 17 - angreift. Der Steuerzylinder 22 ist anderer
seits über eine Verbindungsstange 23 mit einem Gelenk 24 am
Längsträger 3 des Drehgestellrahmens befestigt.
Beim quer zur Fahrtrichtung wirksamen Steuerzylinder 22 handelt
es sich z. B. um einen doppeltwirkenden Druckluft- oder Hydrau
likzylinder. Über Verbindungsleitungen kann der Steuerzylinder
in geeigneter Weise druckbeaufschlagt werden, so daß über den
Kolben 21 und die Kolbenstange 20 eine zusätzliche Druckkraft
bzw. Zugkraft zwischen Mittelradsatz und Drehgestell ausgeübt
wird, die den Mittelradsatz zusätzlich nach bogenaußen drückt
bzw. zieht. Die Steuerung des Steuerzylinders 22 erfolgt in
Abhängigkeit der auftretenden Fliehkraft und/oder des Bogen
radius. Hierdurch belastet das aktive Stellglied (Steuerzylin
der) den Mittelradsatz mit einem Fliehkraftanteil und entlastet
entsprechend die Endradsätze.
Durch den Steuerzylinder zwischen Mittelradsatz und Drehge
stellrahmen ergibt sich folgender vorteilhafter Zusatzeffekt:
Die Rückstellwirkung der Primärfedern, die der Bogeneinstellung
aller drei Radsätze entgegensteht und die durch die Reibkräfte
zwischen Rad und Schiene nur bei größeren Bogenradien überwunden
werden kann, wird durch die Stellkraft gleichfalls überwunden.
Die Stellkraft muß dann nur entsprechend höher sein als der
Fliehkraftanteil des Mittelradsatzes.
Bei Bogenfahrt mit hohem Beschleunigungsüberschuß bewirkt die
Fliehkraft eine quasi statische Auslenkung der Querfederung zwi
schen Fahrzeugkasten und Drehgestell. Diese erschöpft unter Um
ständen das Querspiel, so daß für dynamische Querbewegungen in
folge Gleisfehlern das Querschwingspiel eingeschränkt ist oder
sogar der Queranschlag erreicht wird, was die Laufgüte horizon
tal verschlechtert. Eine Vergrößerung des Querspiels schränkt
die Fahrzeugbreite ein.
In Fig. 2 ist ein Drehgestell mit aktivem Stellglied zwischen
Mittelradsatz und Fahrzeugkasten dargestellt, wobei die bei
Fliehkraftüberschuß auftretende quasi statische Querauslenkung
zwischen Fahrzeugkasten und Drehgestell vermieden oder verrin
gert wird. Gleichzeitig wird der Mittelradsatz zur Übertragung
von Fliehkraft auf das Gleis herangezogen, um die beiden Endrad
sätze zu entlasten.
Das Laufgestell 1 weist alle vorstehend unter Fig. 1 beschrie
benen Baukomponenten 2 bis 18 auf, nicht jedoch die Baukomponen
ten 19 bis 24 auf. Es ist ein Steuerzylinder 28 vorgesehen, des
sen beweglicher Kolben 27 über eine Kolbenstange 26 mit einem
Gelenk 25 am Mittelradsatz 13, 8, 9 - z. B. am Antriebsmotor 17 -
angreift. Der Steuerzylinder (allgemein: aktives Stellglied) 28
ist andererseits über eine Verbindungsstange 29 mit einem Gelenk
30 am Fahrzeugkasten 31 befestigt.
Beim quer zur Fahrtrichtung wirksamen Steuerzylinder 28 handelt
es sich z. B. um einen doppeltwirkenden Druckluft- oder Hydrau
likzylinder. Über Verbindungsleitungen kann der Steuerzylinder
in geeigneter Weise druckbeaufschlagt werden, so daß über den
Kolben 27 und die Kolbenstange 26 eine zusätzliche Druckkraft
bzw. Zugkraft zwischen Mittelradsatz und Fahrzeugkasten ausgeübt
wird, die den Fahrzeugkasten nach bogeninnen drückt bzw. zieht.
Die Steuerung des Steuerzylinders 28 erfolgt in Abhängigkeit der
auftretenden Fliehkraft und/oder des Bogenradius. Hierdurch
belastet das aktive Stellglied (Steuerzylinder) den Mittelrad
satz mit einem Fliehkraftanteil und entlastet entsprechend die
Endradsätze. Die Reaktionskraft wirkt auf den Fahrzeugkasten und
vermindert die Auslenkung der Querfederung.
Die Steuerkrafthöhe entspricht dem vom Mittelradsatz zu übertra
genden Fliehkraftanteil zuzüglich der Federkraft zur Drehauslen
kung der Endradsätze und der Federkraft des Mittelradsatzes, die
durch die Pfeilhöhe des Gleisbogens zwischen den Endradsätzen
entsteht.
Der Anteil der möglichen Rückstellung der Fliehkraftauslenkung
Fahrzeugkasten/Drehgestell ist vom Drehgestellgewicht im Ver
hältnis zum Fahrzeugkasten, vom Bogenradius und von der horizon
talen Rückstellkraft der Radsatzfedern abhängig. Je schwerer das
Drehgestell, je enger der Bogen (je größer die Pfeilhöhe), je
höher die horizontale Steifigkeit der Radsatzfedern, um so grö
ßer ist der Anteil der möglichen Verminderung der quasi stati
schen Querauslenkung. Dabei wird davon ausgegangen, daß die
Fliehkraftbelastung der Radsätze gleich ist.
Wird die Fliehkraftbelastung des Mittelradsatzes jedoch höher
gewählt als die der Endradsätze, was wegen seiner geringeren dy
namischen Querbeanspruchung möglich ist, so kann die Rückstel
lung der Fliehkraftauslenkung weiter gesteigert werden. Damit
kann ein Optimum an Rückstellung der Fliehkraftauslenkung, Ver
teilung der Fliehkraft auf die drei Radsätze und Radialstellung
der Radsätze erreicht werden.
Es ist auch möglich, beide Maßnahmen gemäß Fig. 1 und Fig. 2
beim Drehgestell eines selbstlenkenden, dreiachsigen Schienen
fahrzeuges vorzusehen.
In den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen wird stets
von einem mit Tatzlagermotoren angetriebenen dreiachsigen Dreh
gestell für eine Lokomotive ausgegangen. Bei Antrieben, die
nicht seitenfest mit dem Mittelradsatz verbunden sind und bei
nichtangetriebenem Mittelradsatz oder nichtangetriebenem Drehge
stell werden die aktiven Stellglieder gelenkig mit einem Befe
stigungsteil, das auf dem mittleren Radsatz gelagert ist, ver
bunden.
Bei beiden Ausführungsbeispielen ist die Radialsteuerung der
drei Radsätze, insbesondere die gegenläufige Kopplung der Außen
radsätze bei Kurvenfahrt und die Kopplung des Mittelradsatzes an
die Außenradsätze nicht erläutert. Lediglich beispielhaft wird
hierzu auf die Kopplungsmittel gemäß DE 41 40 126 A1 hingewie
sen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die dort verwendeten
Kopplungsmittel beschränkt, sondern es können auch andere Kopp
lungsmittel verwendet werden, die eine radiale Einstellung der
Drehgestellachsen des Schienenfahrzeuges ermöglichen.
Claims (2)
1. Selbstlenkendes Laufgestell für ein Schienenfahrzeug mit
drei Radsätzen, die in einem Drehgestell- oder Fahrzeugrahmen
elastisch gelagert sind, mit Radialsteuerung der beiden Außen
radsätze und mit einer Beweglichkeit des Mittelradsatzes quer
zur Fahrtrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein quer zur
Fahrtrichtung des Fahrzeuges wirksames aktives Stellglied - vor
zugsweise ein Steuerzylinder (22) - zwischen Mittelradsatz
(13, 8, 9) und Drehgestell- oder Fahrzeugrahmen (1) vorgesehen
ist, das in Abhängigkeit der Fliehkraft und/oder des Bogenradius
derart angesteuert wird, daß der Mittelradsatz zusätzlich nach
bogenaußen gedrückt oder gezogen wird.
2. Selbstlenkendes Laufwerk für ein Schienenfahrzeug mit
drei Radsätzen, die in einem mit dem Fahrzeugkasten gelenkig
verbundenen Drehgestell elastisch gelagert sind, mit Radial
steuerung der beiden Außenradsätze und mit einer Beweglichkeit
des Mittelradsatzes quer zur Fahrtrichtung, dadurch gekennzeich
net, daß ein quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges wirksames ak
tives Stellglied - vorzugsweise ein Steuerzylinder (28) - zwi
schen Mittelradsatz (13, 8, 9) und Fahrzeugkasten (31) vorgesehen
ist, das in Abhängigkeit der Fliehkraft und/oder des Bogenradius
derart angesteuert wird, daß der Fahrzeugkasten zur Bogenmitte
hin und der Mittelradsatz nach bogenaußen gedrückt oder gezogen
werden.
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