DE459530C

DE459530C - Elektrische Lokomotive mit Achsvorgelegemotoren

Info

Publication number: DE459530C
Application number: DEA46680D
Authority: DE
Inventors: Walter Kleinow; Hans Georg Lindner
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1925-12-24
Filing date: 1925-12-24
Publication date: 1928-05-09

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 9. MAI 1928

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVr 459530 KLASSE 2Ol GRUPPE

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin*). Elektrische Lokomotive mit Achsvorgelegemotoren. Patentiert im Deutschen Reiche vom 24. Dezember 1925 ab.

An jeder Lokomotive tritt bei Ausübung der Zugkraft am Zughaken eine starke Veränderung· der Achsdriicke ein. Diese Gewichts Verlegung kommt zustande, weil die Zugkraft, welche am Zughaken, d. h. in einem beträchtlichen Abstand von Schienenoberkante, angreift, mit ihrer Gegenkraft zwischen Rad und Schiene ein Kräftepaar bildet, welches die in Fahrtrichtung vorderen Achsen entlastet und die hinteren Achsen zusätzlich belastet. Die Gewichtsverlegung wird um so größer, je größer die Zugkraft und die Zughakenhöhe und je kleiner der Radstand ist.

Im Augenblick der Anfahrt, d. h. dann, wenn die größte Zugkraft ausgeübt werden soll, steht also an einzelnen Achsen nur ein Teil des Achsdruckes zur Verfügung. Die Wirkung· ist bei Lokomotiven mit Einzelachsenantrieb besonders schädlich, weil der am meisten entlastete Radsatz schleudern wird, sobald die Reibungsgrenze erreicht ist, obwohl die anderen Achsen noch von der Sclileudergrenze entfernt sind. Schleudert aber erst eine Achse, so ist die Anfahrt gestört und muß unterbrochen werden. Das Ergebnis ist so, als ob alle Achsen in gleicher Weise entlastet wären.

Man hat bereits versucht, diese Achsdruck änderungen bei Lokomotiven, die aus zwei Triebgestellen zusammengesetzt sind, durch Einbau einer besonderen Kurzkupplung zu verringern. Eine derartige Anordnung ist jedoch nur unter ganz bestimmten Bedingungen wirksam und eignet sich nicht für Lokomotiven mit einem über die volle Lokomotivlänge durchlaufenden Oberrahmen.

Bei einer Höhe It_x des Kugelzapfens über Schienenoberkante, einem Drehgestellradstand^ und einer Achszugkraft Z wird die Entlastung· A₁ der vordersten Treibachse durch die Gleichung:

A₁.

bestimmt. Hierbei und bei allen folgenden Gleichungen ist eine Vermehrung des Achsdruckes mit positiven Vorzeichen (-{-), eine Verminderung mit negativen Vorzeichen (—) bezeichnet.

Beträgt in Beispiel 1 der Achsdruck im Ausgangszustande, d. i. vor Ausübung der Zugkraft, A₀ — ι ο ooo kg und die Zugkraft jeder Achse Z = 14 ■ A₀ = 2500 kg, so wird für übliche KonstruktionsmasseA₁ = 0,8mund I₁ = 1,6 m die Entlastung der vordersten Achse:

A₁ = — · 2 500 = — 2 500 kg, (2)

d. s. -^— = 25 ° Q vom Achsdruck A₀ in der Ausgangsstellung.

* Fon dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

Walter Kleinow in Hennigsdorf und Hans Georg Lmdner in Berlin -Tegel.

Stützt man nun in an sich bekannter Weise den Oberrahmen b in der Längsrichtung in zwei oder mehreren Punkten e auf jedes Drehgestell ab (Abb. 2, 3), so kann der Drehgestellrahmen die freie Bewegung gegen den Oberrahmen b um die wagerechte Querachse nicht mehr ausführen. Das Drehgestell muß vielmehr in der senkrechten Längsebene an allen Bewegungen des Oberrahmens teilnehmen. Für Bewegungen in dieser Ebene ist die Wirkung gleichbedeutend mit einer Lagerung der Treibachsen in einem gemeinsamen, durchlaufenden Rahmen ohne Drehgestelle.

Die Berechnung der Achsdruokänderungen erfordert jetzt die Berücksichtigung -der inneren Kräfte, d.i. des Kräftespieles am Antriebsmotor und seiner Aufhängung,. weil die Abstützung des Fahrzeuges in Längsrichtung in vier Punkten erfolgt und sich die Achsdrücke daher nicht mehr, wie in Beispiel 1, aus dem Gleichgewicht der äußeren Kräfte allein, bestimmen lassen.

Der Achsvorgelegemotor (Abb. 4) ruht in Tatzenlagern auf der Treibachse^ und ist ferner an der der Achse d abgewendeten Seite federnd am Drehgestellrahmen aufgehängt. Der Motor / übt ein Drehmoment Z · r auf den Radsatz aus, wobei in der gezeichneten Fahrtrichtung die Zugkraft 2 einerseits zwischen Rad und Schiene nach vorn auf den Radsatz, anderseits in der Achslagerführung nach hinten gerichtet auf ihn wirkt.

Das Gleichgewicht an dem gezeichneten System, Motor und Radsatz, erfordert, daß dann an der Motoraufhängung eine auf den Motor nach unten drückende Kraft F nach der Gleichung:

· Z

(3)

auftritt, welche sich am Radsatz in einer Vermehiung des unmittelbaren, nicht durch die Tragfedern übertragenen Teiles des Achsdruckes von der Größe F äußert, während am Lokomotivrahmen im Angriffspunkt der Motoraufhängung eine nach oben gerichtete (entlastende) Reaktionskraft F' von gleicher Größe wirkt.

Die Kraftrichtungen gelten für einen in Fahrtrichtung vor der von ihm angetriebenen Achse angeordneten Motor, wie ihn Abb. 4 und die erste und dritte Achse in Abb. 1 zeigt. Man überzeugt sich leicht davon, daß bei einem in Fahrtrichtung hinter der von ihm angetriebenen Achse angeordneten Motor (zweite und vierte Achse in Abb. 1) die Kräfte/⁷ und F' ihre Richtung wechseln, daß also dann der unmittelbare, nicht durch die Federn übertragene Teil des Achsdruckes um F vermindert wird und die Reaktionskraft/⁷' am Rahmen nach unten gerichtet ist (belastend).

Die Größe von F beträgt beispielsweise bei einem Radhalbmesser r = 0,45 m und einem Abstand der Motoraufhängung von der Treibachse s = 0,7 5 m:

F = F' = -22.2500 = 0,6 · 2500 = 1500 kg (4) 0,75
^1/0

Nach dieser Vorbereitung kann das Gleichgewicht der Zusatzkräfte am Rahmen durchgerechnet werden.'

Es sei zunächst als Beispiel 2 eine Achsund Motoranordnung behandelt, bei welcher die Achsvorgelegemotoren, wie in Abb. 1, auf die Drehgestellenden zu aufgehängt sind, bei welcher aber der Oberrahmen in Längsrichtung in zwei oder mehr Punkten auf jedes Drehgestell abgestützt ist (Abb. 2).

Am Lokomo'tivrahmen wirken die Zugkraft 4 Z am Zughaken nach hinten gerichtet und ihre Gegenkräfte 4 · Z in den Achslagerführungen — diese als Reaktionen zu den nach hinten gerichteten Kräften Z in Abb. 4 — nach vorn sowie die Kräfte/⁷' in den Angriffspunkten der Motoraufhängungen.

Die Kräfte Z bilden am Rahmen zusammen ein Moment:

M₁ =

- r)

(5)

welches im Sinne einer Entlastung des vorderen Drehgestelles wirkt und daher ein negatives Vorzeichen erhält. Hierbei ist h₂ der Abstand des Zughakens von Schienenoberkante.

Die Kräfte F', welche ebenfalls in Abb. 2 eingetragen sind, ergeben das Moment:

M₈ = -2.JP.& + 3S) (6)

Beide Momente addieren sich zu dem resultierenden Rahmenmoment:

(7) Hierin ist nach Gleichung 3 und 4:

F'-S = Z-T,

so daß:

• M = -4-Z-A₂-2-F-Z₁ (8)

wird. Ist in dem Beispiel Iu = 'o,6 m, so gilt:

M = — 4 · 2500 · 0,6 —- 2 · 1500 · i,6 = —10800 kg · m (9)

Dieses Rahmenmoment wird durch die zusätzlichen Tragfederkräfte aufgenommen. Die Federn eines Drehgestelles dürfen bei Verwendung von gleicharmigen Ausgleichhebeln in der Mitte des Achsabstandes zu einem ideellen Stützpunkt zusammengefaßt werden, wobei, der Abstand des Stützpunktes am vorderen Gestell von dem am hinteren Gestell im Beispiel I₂ = 6,0 m betrage. Die zusätzliche

459580

Belastung je einer Achsfederung des vorderen Gestelles P₁ = P» und die gleich große Entlastung P₃ =P._t am hinteren Drehgestell ist dann aus den folgenden Gleichungen bestimmt:

10800

P₁ = P₂ =

2 -I₂

10800 1 / \

=--—_r.=_s -900kg (10)

^{3 4}

. I

2-6

10800

2 · k

= + 900 kg (11) Die zusätzlichen Schienendrücke findet man schließlich nach der folgenden Tabelle durch Addition der zusätzlichen Tragfederkräfte P und der Änderungen des unmittelbaren, nicht durch die Federn übertragenen Teiles der Achslast/⁷, wobei diese wegen der Motoran-Ordnung vor bzw. hinter den angetriebenen Achsen bei der ersten und dritten Treibachse -J- F, bei der zweiten und vierten Treibachse — F beträgt:

Achse:

Änderung der direkten Last:
Änderung der indirekten Last:
Res. Achsdruckänderung:

4 3

F — 1500 -f 1500 -

P + 900 + 900 -

A— 6c0 4 2400 -

- 1500 + 1500 kg

- 900 — 900 kg

- 2400 + 600 kg

Der Verlust an Reibungsgewicht beträgt an der am meisten entlasteten Achse ——

lOOpO = 24 O ₀.

vom Achsdruck in Ruhe. Es ist also gegen das Beispiel 1 eine nennenswerte Verbesserung nicht eingetreten.

Nun sei als Beispiel 3 eine Anordnung durchgerechnet, bei der ebenfalls der Lokomotivrahmen in Längsrichtung in zwei oder mehr Punkten auf jedes Drehgestell abgestützt ist, bei welcher aber die Achsvorgclegemotoren nach der Erfindung von Lokomotivmitte aus gesehen in gleicher Richtung, und zwar auf Lokomotivmitte zu, angeordnet sind (Abb. 3).

Die Momente der Zusatzkräfte am Rahmen sind dann:

M₁ = -₄.Z-(A, —r) (12)

M₂=+ 2-F'-(I₂- 2 s) (13)

M — M₁ 4- M₉

+₂F'l₂ (I₄)

M = — 4 · 2500 · 0,6 + 2 · 1500 · 6,0

= + 12000 kg · m (15)

Die zusätzlichen Kräfte an den Tragfedern werden:

„ _ M 12000

^P ^P + ⁺

η M 12000

= Pi =- — T₇^ = — ^Tg-=—ioookg (17)

Die Änderungen der direkten Last an der ersten und zweiten Achse sind — F und an der dritten und vierten Achse -L F. Damit gilt für Beispiel 3 die Tabelle:

Achse:

Änderung der direkten Last: F Änderung der indirekten Last: P Res. Achsdruckänderung: A

In diesem Falle sind Achse 1 und 2 gleich stark entlastet, und zwar beträgt die Achsdruckänderung : -— — 5 ° η des Achsdruckes ^ö 10000 ^J °

in Ruhe.

Hieraus ergibt sich, daß Beispiel 3 gegen Beispiel 1 und 2, d. h. die Aufstützung des Oberrahmens in Längsrichtung, in zwei oder mehr Punkten auf jedes Drehgestell bei gleichgerichteter Anordnung der Motoren eine wesentliche Verbesserung zur Folge hat. Der Verlust an Reibungsgewicht an der am stärksten entlasteten Achse geht von etwa 25 ⁰Vi bis auf 5 0/0 des Achsdruckes, d.i. bis auf den fünften Teil, zurück.

Der Grund für das ungünstige Ergebnis der Rechnung im Beispiel 2 liegt eben in der verschiedenen Aufhängerichtung der Motoren, weil deswegen die Änderungen der direkten Lasten F verschiedene Vorzeichen erhalten, während die der mittelbaren Lasten gleichgroß

4321

-f- 1500 -f· 1500 —1500 — 1500 kg
— 1000 —1000 4- 1000 -j- 1000 kg
+ 500 + 500 — 500 — 500 kg

sind. Es muß deshalb zwischen den Achsdrücken der Drehgestellachsen eine Differenz von der Größe 2 F eintreten, d. h. eine der Achsen muß um mindestens F= 1 500 kg 10g

oder -—- = 15 ° ο des Achsdruckes entlastet 1000-J ° °

sein.

Daher kann auch eine Anordnung mit auf Drehgestellmitte zu aufgehängten Motoren na auch dann keinen günstigen Wert der Achsentlastung ergeben, wenn der Oberrahmen in zwei oder mehr Punkten in Längsrichtung auf jedes Drehgestell abgestützt ist.

Demgegenüber sind bei, von Lokomotivmitte aus gesehen, in gleicher Richtung angeordneten Motoren die Achsdruckänderungen der beiden Drehgestellachsen stets gleich. L^Tnter dieser Bedingung darf die Gleichung 1 unter Einsetzung des Radstandes L₂ für I₁ und der Zughakenhöhe fu für die Höhe des Kugelzapfens A₁ angewendet werden, womit

sich wiederum in der Rechnung: die günstigen Werte der Achsentlastung von Beispiel 3 ergeben;

A₁ — Ao —-■ ■

2 · 0,6

j enthalten sein. Für Drehgestelle mit Laufj achsen sind die hier untersuchten Verhält-

nisse nicht anwendbar.

Claims

Patentanspruch:

-•2500 = -—" 500 kg (19)

Ob die Motoren dabei auf Lokomotivrnitte zu oder von Lokomotivseite ab aufgehängt sind, macht keinen Unterschied.

Ähnliche Verhältnisse ergeben sich natürlich auch ohne Ausgleichhebel und bei mehr als zwei Treibachsen in jedem Drehgestell. Auch können in der Lokomotive außer in den Drehgestellen noch andere Treibachsen

Elektrische Lokomotive mit Achsvorgelegemotoren und einem auf zwei nur Triebachsen enthaltende Drehgestelle sich stützenden, durchlaufenden Oberrahmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützung des Oberrahmens (ö) auf jedem Drehgestell in der Längsrichtung in zwei oder mehr Stellen (e) erfolgt und die Motoren (/) jedes Gestelles in gleicher Richtung auf Lokomotivmitte zu oder von Lokomotivmitte ab aufgehängt sind.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.