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Einrichtung zur Schaffung eines Achsdruckausgleichs bei elektrisch
betriebenen Drehgestell-Lokomotiven Wird am Zughaken einer Lokomotive Last angehängt,
so tritt eine starke Veränderung der Achsdrücke ein. Die Ursache liegt darin, daß
die Zugkraft nicht in Höhe der Schienenoberkante ausgeübt werden kann, sondern beträchtlich
oberhalb derselben am Zughaken angreift und mit der zwischen Rädern und Schienen
auftretenden Reibungskraft ein Kräftepaar bildet.
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Ist der Zughaken am Drehgestell befestigt, so wird durch dieses Kräftepaar
eine Entlastung der in Fahrtrichtung vorderen Achsen jedes Drehgestelles verursacht,
während die hinteren Achsen in gleichem Maße zusätzlich belastet werden. Wenn dagegen
der Zughaken am Hauptrahmen der Lokomotive angebracht ist, so findet außerdem eine
Gewichtsverlagerung vom vorderen auf das hintere Drehgestell statt. Insgesamt ergibt
sich also mit zunehmender Zugkraft eine Gewichtsverlagerung auf die hinteren Achsen,
welche von der Größe der Zugkraft, der Höhe ihres Angriffspunktes, von der Lage
der Kugelzapfen der Drehgestelle und vom Radstand abhängig ist. Befestigt man den
Zughaken in Höhe der Kugelzapfen am Drehgestell oder Hauptrahmen, so, wird die Lastverlagerung
am geringsten und innerhalb der Drehgestelle gleich groß. Das Gewicht der Lokomotive
ist dann je zur Hälfte auf das vordere und hintere Drehgestell verteilt, aber die
in Fahrtrichtung vorderen Achsen der Drehgestelle sind schwächer belastet als die
hinteren.
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Diese Gewichtsverlagerung hat zur Folge, daß im Augenblick der Anfahrt,
wenn also die größte Zugkraft ausgeübt werden soll, an einzelnen Achsen nur ein
Teil des Achsdruckes zur Verfügung steht, der bei Stillstand der Lokomotive an diesen
Achsen vorhanden ist. Die größte Zugkraft der Lokomotive ist durch die Haftung zwischen
Rad und Schiene bestimm. Wird aber der Achsdruck der vorderen Achsen kleiner, so
sinkt
ihre höchstübertragbare Zugkraft in gleichem Maße. Wenn nun
die Achsen von j e einem Motor angetrieben werden, so verteilt sich die zur Verfügung
stehende Lokomotivzugkraft zunächst gleichmäßig auf alle Achsen. Werden aber einige
Achsen entlastet, so verringert sich die dem Lakomotivgewicht entsprechende größte
Zugkraft und die Motoren der entlasteten Achsen neigen zum Schleudern. Bei Reihenschaltung
der Motoren wird, sobald erst ein Motor schleudert, die ganze Anfahrt gestört, denn
der schleudernde Motor bekommt zuviel Spannung und, da er kein Drehmoment auszuüben
hat, sinkt sein Strom ab. Da aber auch der andere Motor den gleichen Stroin führt,
wird seine Zugkraft ebenfalls kleiner.
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Es sind bereits Einrichtungen zur Erzielung eines Achsdruckausgleiches
bekannt. Einesteils verwendet man beidseitig beaufschlagte Kolben, durch welche
die erforderlichen Druck- oder Zugkräfte auf die Drehgestelle ausgeübt vaerden,
um einen Lastatisgleich zu schaffen. Andernteils «,-erden verwickelte Gestänge,
die mit den Motoren in Verbindung stehen und ebenfalls mit Druck- oder Zugkräften
auf die Drehgestelle einwirken, angewendet. Alle diese bekannten Einrichtungen haben
jedoch den Nachteil, daß sie verhältnismäßig umständlich und teuer sind und daß
eine nachträgliche Anbringung der nötigen Einrichtungen an bereits in Betrieb befindlichen
Lokomotiven meistens unmöglich ist.
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Durch die Erfindung wird nun in einfacher «,'eise ein Achsdruckausgleich
erzielt, wobei die Reaktionskräfte der außerhalb des Radstandes angeordneten Motoren
mindestens teilweise vom Hauptrahmen der Lokomotive aufgenommen werden und der Zughaken
der Lokomotive möglichst in Höhe der Kugelzapfen der Drehgestelle angebracht ist.
Mittels dieser Aufhängung werden die Reaktionsmomente der Motoren so ausgenutzt,
daß durch diese die erforderlichen Druck- oder Zugkräfte auf die entlasteten oder
belasteten Achsen der Drehgestelle ausgeübt werden.
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Gegenstand der Erfindung ist somit eine Einrichtung zur Schaffung
eines Achsdruckausgleichs in elektrisch betriebenen Drehgestell-Lokomotiven mit
außerhalb des Radstandes angeordneten Tatzlagermotoren, rlie Mindestens teilweise
im Hauptrahmen der Lokomotive abgestützt sind.
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Die Aufhängeorgane der Motoren werden mit gefederten Anschlägen versehen,
die die Kräfte auf den Hauptrahmen bzw. den Drehgestellrahmen übertragen. -An Hand
der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, und
zwar -neigen die Fig. i bis 4 verschiedene Aufhängungen für die Tatzlagermotoren
in Drehgestell-Lokomotiven, durch die ein Achsdruckausgleich erreicht wird.
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Der Hauptrahmen a. der Lokomotive ist mittels Kugelzapfen b auf die
Drehgestelle c abgestützt. In diesen letzteren sind die Triebachsen d gelagert,
welche über Vorgelege von den Tatzlagermotoren ei bis e4 angetrieben werden. Die
Abstützorgane r der Motoren e sind entweder pendelartig beweglich gemacht oder im
Hauptrahmen a parallel mit sich selbst geführt.
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Wie aus Fig. r zu ersehen ist, drücken nun die in der Fahrtrichtung
vorderen Motoren ei und e3 jedes Drehgestelles c mittels federnder Z-,vischenglieder
f gegen Gleitflächen g am Hauptrahmen a, während die Reakticnskräfte der hinteren
Motoren e. und e4 von den Auflagern i der Drehgestelle c aufgenommen werden. Bei
Umkehr der Fahrtrichtung vertauschen die Motoren ihre Rollen.
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' Gemäß Fig. :2 sind am Hauptrahmen u Gleitflächen k vorgesehen, welche
die nach unten gerichteten Kräfte der hinteren Motoren e2 und e4 aufnehmen, während
die Auflager m an den Drehgestellen c für die Abstützung der nach oben gerichteten
Kräfte der vorderen Motoren ei und es dienen.
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Bei den Ausführungen gemäß Fig. 3 und .1. sind am Haupträhinen d die
Gleitflächen ia vorgesehen, die je nach der Fahrtrichtung die nach oben oder unten
wirkenden Kräfte der Motoren ei bis e4 aufnehmen. In Fig. 3 sind nur zwei Motoren
ei und e3 am Hauptrahmen aufgehängt, während die beiden anderen Motoren e@ und e4
nach üblicher Weise im Drehgestell c befestigt sind. Die Motoren ei und e, drücken
bei der durch einen Pfeil angedeuteten Fahrtrichtung mit ihren Reaktionskräften
gegen den Hauptrahmen a., in der umgekehrten Fahrtrichtung üben sie Zugkräfte auf
den Hauptrahmen a aus.
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Bei der Bauart nach Fig.4 sind sämtliche Motoren ei bis e4 derart
am Hauptrahmen a aufgehängt, daß die jeweils. in Fahrtrichtung vorderen gegen den
Hauptrahmen a drücken und die in Fahrtrichtung hinteren Motoren gleichzeitig am
Hauptrahmen a ziehen.
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Die Wirkungsweise der Motoraufhängung gemäß der Erfindung ist an Hand
der Fig. i nachfolgend ausführlich beschrieben. Die in Fig. z eingetragenen Bezeichnungen
haben folgende Bedeutung: L Abstand der Drehzapfen, t Radstand, h. Zughaken-
und Kugelzapfenhöhe über Schienenoberkante, s Abstand der Motoraufhängung von Tatzlagermitte,
D Raddurchmesser, A Achsentlastungen, wenn keine Ausgleichsvorrichtung angebracht
ist, Z Zugkraft, P Reaktionskräfte der Motoren (nicht eingezeichnet). Greift die
Zugkraft Z in der Höhe h über Schienenoberkante
an, so erfahren
die in Fahrtrichtung vorderen Achsen der Drehgestelle unter der Voraussetzung, daß
alle Motoren im Drehgestell aufgehängt sind, die Entlastung
die hinteren Achsen werden um diesen Wert zusätzlich belastet. Diese Achsdruckänderungen
A sind durch entsprechend gerichtete Pfeile in Fig. i eingezeichnet. Sind die Motoren
in einem Abstand. s von Achsmitte so aufgehängt, daß die jeweils in Fahrtrichtung
vorderen mit ihrer Reaktionskraft P gegen den. Lokomotivkasten drücken, die hinteren
Motoren sich dagegen im Drehgestell abstützen, so liegen gänzlich andere Verhältnisse
bezüglich der Achsentlastungen vor. Auf den Drehgestellrahmen wird dann das Moment
ausgeübt. Die Reaktionskraft P berechnet sich ohne weiteres aus der Bedingung
zu
Mit dieser Kraft drückt der Hauptrahmen auf den vorderen Motor und damit auch auf
die vordere Achse des Drehgestelles. Soll die durch das Moment M hervorgerufene
Achsentlastung verschwinden, so muß das Moment jl-l den Wert Null annehmen. Dies
wird erreicht durch entsprechende Bemessung des Abstandes ,s der Motoraufhängung.
Dieser ergibt sich nach kurzer Zwischenrechnung zu
Der zunächst vollkommen erscheinende Achsdruckausgleich wird teilweise dadurch wieder
aufgehoben, daß die Kräfte P ihrerseits ein Moment auf den Lokomotivkasten ausüben
und hierdurch eine Gewichtsverlagerung auf das hintere Drehgestell verursachen.
Der Wert dieser Gewichtsverlagerung ergibt sich zu
Dasselbe Ergebnis wird auch erreicht, wenn wie in Fig. 2 die Motoren e. und e9 der
in Fahrtrichtung hinteren Achsen Zugkräfte auf den. Hauptrahmen a ausüben, während
die Druckkräfte der vorderen Motoren cl und e3 von den Drehgestellen c aufgenommen
werden.
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Wirken sämtliche Motoren mit ihren Reaktionskräften auf den Hauptrahmen
entsprechend der Anordnung gemäß Fig. q., so hat (las auf jedes Drehgestell ausgeübte
Moment die Größe
Die Kraft P hat dann den Wert
wenn die Motoren jetzt in einem Abstand s' von Achsmitte aufgehängt werden. Ist
M = o, d.li. verschwinden die Achsentlastungen, so wird
Die Gewichtsverlagerung vom vorderen auf das hintere Drehgestell wird wiederum
Ein kurzes Zahlenbeispiel für eine normale Abraumlokornotive möge zeigen, bis zu
welchem Grad durch die neue Motoraufhängung ein Achsdruckausgleich erzielt werden
kann. Es handelt sich um eine Lokomotive mit zwei zweiachsigen Drehgestellen vom
Gewicht G = 6o ooo kg. Der Achsdruck im Ausgangszustand, d. h. vor Ausübung der
Zugkraft, beträgt demnach 15 ooo kg. Die für die Rechnung in Frage kommenden Abmessungen
der Lokomotive sind L = 6,4 m, lt = o,65 m. Rechnet man mit einer
für dieses Lokomotivgewicht normalen Zugkraft Z = i2 ooo kg, so wird die Gewichtsverlagerung
AG = i22okg. jede Achse des vorderen Drehgestelles erfährt also eine Achsentlastung
von 61o kg, das sind
des Achsdruckes bei Stillstand der Lokomotive.
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Wie aus vorstehendem zu ersehen ist, wird durch die Erfindung mit
einfachen baulichen Mitteln ein durchaus guter Achsdruckausgleich erzielt. Ein weiterer
Vorteil liegt darin, daß die neue Einrichtung leicht nachträglich in schon in Betrieb
befindliche Lokomotiven eingebaut werden kann.