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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug in
der mittels einer Zahnschiene angetriebenen Bauweise, wobei
das Schienenfahrzeug mit einachsigen Drehgestellen versehen
ist, die so gebaut sind, daß sie das Erreichen von hohen
Zugleistungen ermöglichen, wobei Laufsicherheit und
Stabilität gewährleistet sind.
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Bekanntlich sind Zahnradbahnfahrzeuge, welche für den
Transport des eigentlichen Wagens zwei einachsige
Drehgestelle, d.h. zwei Achsen benutzen, von denen jede ein Stück
mit zwei einander gegenüberliegenden, auf den Schienen
laufenden Rädern bildet, mit einem auf jeder ihrer Achsen
aufgekeilten Zahnrad versehen, das mit einer Zahnschiene
kämmt, die auf Schienenniveau installiert ist.
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Gewöhnlich hat jedes Drehgestell einen
Gleichstromelektromotor, der unter dem Flachbett oder dem Last tragenden
Rahmen des Fahrzeugs verankert ist, welcher den Boden des
gleichen Schienenwagens bildet. Der Elektromotor überträgt
die Bewegung über eine Welle und zugehörige Kardangelenke
und elastische Gelenke auf ein
Drehzahluntersetzungsgetriebe, das rittlings auf der Radachse angeordnet ist.
Letzteres
überträgt dann die Bewegung auf das Radzahnrad, das, da
es mit der Zahnschiene kämmt, das Fahrzeug, das von den auf
der gleichen Achse leerlaufenden Fahrzeugrädern abgestützt
ist, zur Bewegung veranlasst. Damit sich der Wagen und das
Drehgestell während des Fahrens zueinander verschieben und
oszillieren können, hat die Welle zur Übertragung der
Bewegung von dem Motor zum Drehzahluntersetzungsgetriebe
normalerweise einen teleskopisch ausfahrbaren Aufbau.
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Die elastische Aufhängung des Wagens bezüglich der
Drehgestelle wird normalerweise von einem Federsystem in Form
eines auf dem Kopf stehenden "V" oder von ähnlichen
Systemen gebildet, wobei die Federn rittlings zu den Radachsen
auf beiden Drehgestellseiten angeordnet und an einem ihrer
Enden am Boden des Wagens und an ihrem anderen Ende
innerhalb von Gehäusen verankert sind, die ein Stück mit der
Radachse bilden.
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Das Bremssystem besteht aus einer Scheibenbremse, die an
der Kupplung installiert ist, welche die Antriebswelle mit
dem Drehzahluntersetzungsgetriebe verbindet. Diese Bremse
ist die normale Betriebsbremse. Weiterhin ist eine
Notbremse oder Parkbremse vorgesehen, die von einem Metallband
gebildet wird, das auf eine Trommel wirkt, die auf die
Achse aufgekeilt ist, welche die beiden Fahrzeugräder und
das treibende Zahnrad trägt.
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Als ein weiteres Bremssystem wird auch der Elektromotor
verwendet, der, wenn seine Laufgeschwindigkeitseinstellung
verändert wird, wobei die Laufgeschwindigkeit, d.h. seine
Umdrehungen pro Minute, auf abnehmende Werte eingestellt
sind, der Umdrehung einen Widerstand entgegensetzt, wodurch
eine Bremskraft erzeugt wird, die proportional zur Stärke
der erwähnten Änderung ist. In diesem Fall ist es ein und
derselbe Motor, der durch das von den Übertragungsorganen
angelegte Drehmoment in Drehung mitgenommen wird, wobei der
Elektromotor als Folge dann vom Betrieb im Antriebsmodus
auf den Betrieb im elektrischen Bremsmodus umschaltet und
beginnt, als Dynamo zu wirken, der elektrische Energie
erzeugt, die dann als Wärme über geeignete Widerstände
abgeführt wird oder die auch zur Stromversorgungsleitung
zurückgeführt werden kann.
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Unter normalen Betriebsbedingungen erfolgt das Bremsen
normalerweise mittels des Elektromotors über das
elektrische System. Die Betriebsscheibenbremse, die gewöhnlich
eine modulierte Wirkung bringt, setzt mit ihrer
Bremswirkung automatisch dann ein, wenn sich die elektrische
Bremsung als unzureichend erweist, wobei die Band-Trommelbremse
die Notbremse ist.
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Schienenfahrzeuge mit dem obigen Aufbau zeigen in der
Praxis einige Nachteile, insbesondere bei Schmalspurbahnen.
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Tatsächlich läßt der Aufbau der Drehgestelle nur Raum für
einen Elektromotor pro Achse, so daß nur eine reduzierte
Leistung eingespeist werden kann, wodurch als Folge die
Laufgeschwindigkeit des Fahrzeugs ziemlich niedrig ist. Die
verschiedenen Bremssysteme, die entweder direkt oder
indirekt auf die Radachsen wirken, stellen nicht sicher, daß
das Fahrzeugs in dem nicht seltenen Fall von Beschädigungen
der Zähne des treibenden Zahnrads, das mit der Zahnschiene
kämmt, angehalten wird, was zu Entgleisungen führen kann.
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Im Falle von plötzlichen starken Bremsungen kann außerdem
das Fahrzeug dazu neigen, sich in der Längsrichtung, d.h.
in der Laufrichtung, zu neigen und zu kippen, wodurch die
bergaufseitigen Räder entlastet werden und manchmal die
bergaufseitigen Räder veranlaßt werden, den Eingriff mit
den Schienen zu lösen.
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Schließlich ist das Federbasis-Aufhängungssystem nicht
immer in der Lage, die seitlichen Verschiebungen des Wagens
relativ zu den Drehgestellen zu steuern. In der Praxis
gewährleistet dies nicht immer den gewünschten Komfort für
die Fahrzeugbenutzer. Darüber hinaus führt die Verbindung
zwischen dem Motor und dem Drehzahluntersetzungsgetriebe,
die an verschiedenen Bauteilen des Fahrzeugs relativ
zueinander installiert sind, aufgrund der Oszillationen der
unterschiedlichen Fahrzeugkomponenten relativ zueinander zu
ungesteuerten Änderungen in der gegenseitigen Drehbewegung,
was als Folge zur Erzeugung von Vibrationen und
Resonanzerscheinungen führt.
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Ein Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein
Zahnradbahnfahrzeug mit einachsigen Drehgesteilen
bereitzustellen, das so gebaut ist, daß die Nachteile
ausgeschlossen sind, welche die Schienenfahrzeuge nach dem Stand
der Technik beeinträchtigen, und das vor allem in der Lage
ist, mit höheren Laufgeschwindigkeiten betrieben zu werden,
wobei größte Sicherheit im Falle plötzlicher Bremsungen
auch an steilen Hängen gewährleistet ist.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der
Bereitstellung eines Schienenfahrzeugs, das mit äußerst
zuverlässigen Notbremsen versehen ist, die das Fahrzeug
auch bei Auftreten von Schwierigkeiten anhalten können, die
die Zähne des Zahnrads beeinträchtigen, welches mit der
Zahnschiene kämmt.
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Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung ist die
Gewährleistung, daß sich das Fahrzeug, wenn auch mit
reduzierter
Geschwindigkeit, auch dann bewegt, wenn an einem
oder beiden elektrischen Antriebsmotoren oder ihren
elektrischen Systemen Störungen auftreten.
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Ein weiterer Zweck besteht in der Schaffung eines
Schienenfahrzeugs, das insbesondere, jedoch nicht ausschließlich,
zum Einsatz auf Schmalspurzahnradbahnen geeignet und in der
Lage ist, bequeme Reisebedingungen auch auf Schienen zu
gewährleisten, die auf einem Gelände mit unregelmäßiger
Oberfläche angeordnet sind.
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Diese und weitere Ziele, die sich klarer aus der folgenden
Offenbarung ergeben, werden durch einen Zahnradbahnwagen
oder ein Zahnradbahnfahrzeug mit zwei einachsigen
Drehgestellen erreicht, wobei jede einzelne Achse ein Stück mit
zwei leerlaufenden Rädern bildet, die auf den Schienen
laufen, und ein Stück mit wenigstens einem Zahnrad bildet,
das mit der Zahnschiene kämmt und von Elektromotoren
angetrieben wird. Gemäß der Erfindung wird das Schienenfahrzeug
von einem Last tragenden Rahmen zum Abstützen des Wagens
oder von einem selbsttragenden Wagenkastenaufbau sowie von
zwei untereinander gleichen Drehgestellen gebildet, die
symmetrisch einander gegenüberliegend unter dem Rahmen oder
dem selbsttragenden Wagenkasten des Fahrzeugs installiert
sind. Jedes der Drehgestelle hat einen insgesamt
brückenförmigen Aufbau, der mit dem Rahmen oder dem
selbsttragenden Wagenkasten an einem seiner Enden mittels eines
Kugelgelenks und an dem anderen seiner Enden mittels einer
Aufhängung verbunden ist, die auf einem Paar von
Tellerfedern oder dergleichen basiert, die an den Ecken der Basis
eines gleichschenkligen Dreiecks angeordnet sind, dessen
dritte Ecke von dem Kugelgelenk gebildet wird. Die beiden
Elektromotoren sind dann mit dem brückenförmigen Aufbau
verbunden und können die Bewegung mittels zweier koaxialer
Kupplungen, die eine Scheibenbremse und zwei gesonderte
Drehzahluntersetzungsgetriebe aufweisen, die ein Stück mit
dem brückenförmigen Aufbau bilden, auf wenigstens ein
Zahnrad übertragen, das ein Stück mit der Radachse bildet
und mit der Zahnschiene kämmt. Dem brückenförmigen Aufbau
ist weiterhin eine Notbremse in der Bauweise mit einem
Hydraulikzylinder und vom passiven Typ zugeordnet. Sie ist
mit Schuhen mit stirnseitigen Belägen, die für ein Klemmen,
d.h. Blockieren, am Kopf der Schiene im Falle des Fehlens
eines Drucks in dem Hydraulikzylinder geeignet sind, und
weiterhin mit ein Entgleisen unterbindenen Zähnen versehen.
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Zwischen dem brückenförmigen Aufbau und dem Last tragenden
Rahmen ist insbesondere ein Schwenkgelenk oder ein Zapfen
oder ein Führungsystem oder dergleichen mit vertikaler
Achse installiert, das am Umfang mit einem
vibrationsdämpfenden Material beschichtet und in der Lage ist, eine
seitliche Verschiebung des brückenförmigen Aufbaus relativ
zu dem Last tragenden Rahmen des Schienenfahrzeugs zu
unterbinden.
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Weiterhin ist an jeder der Aufhängungsfedern ein
teleskopischer Stoßdämpfer oder dergleichen vorgesehen.
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Weitere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen
Fahrzeugs ergeben sich deutlicher aus der folgenden
Offenbarung, die eine bevorzugte, nicht ausschließliche praktische
Ausführungsform der Erfindung in näheren Einzelheiten
beschreibt, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug
genommen wird, die lediglich zu Erläuterungszwecken
beigefügt sind und auf denen
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Fig. 1 einen Längsschnitt eines der beiden Fahrgestelle,
die zueinander gleich sind, für ein Schienenfahrzeug
zeigt, das gemäß der vorliegenden Erfindung
ausgeführt ist,
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Fig. 2 eine Draufsicht auf das Drehgestell von Fig. 1
zeigt, und
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Fig. 3 schematisch in einer Draufsicht die Auslegung der
beiden einachsigen Drehgestelle unter dem
Flachbettrahmen eines Schienenfahrzeugs zeigt.
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Gemäß den oben spezifizierten Figuren wird das
erfindungsgemäße Schienenfahrzeug von einem Hauptrahmen oder Last
tragenden Rahmen 1 gebildet, auf welchem ein üblicher
Eisenbahnwagen installiert ist, der in der Zeichnung nicht
dargestellt ist. Der in den Figuren 1 und 2 gezeigte Rahmen
1 entspricht einer Hälfte des vollständigen Rahmens des
Schienenfahrzeugs. Die andere Hälfte des Rahmens ist der
dargestellten Hälfte gleich und mit dem Bezugszeichen 1a
bezeichnet.
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Unter jedem Rahmen 1 ist ein erfindungsgemäßes einachsiges
Drehgestell angeordnet. Bei dem vollständigen Fahrzeug sind
die beiden Drehgestelle, die zueinander gleich sind,
symmetrisch einander gegenüberliegend positioniert, wie dies
zum Zwecke der Veranschaulichung in Figur 3 gezeigt ist.
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Jedes einachsige Drehgestell wird gemäß der vorliegenden
Erfindung von einem brückenförmigen Aufbau 2, der aus einem
flachen, horizontalen Rahmenwerk 2a besteht, und von zwei
einander gegenüberliegenden Paaren von Säulen 2b und 2c
gebildet, wobei der brückenförmige Aufbau an einem seiner
Enden mit dem Rahmen 1 über ein Kugelgelenk 3, das zwischen
der Säule 2c und einem Bügel 4 angeordnet ist, der aus dem
Rahmen 1 vorsteht, und mit seinem gegenüberliegenden Ende
mit Hilfe von zwei großen vertikalen Federn 5 und 5a
verbunden ist, die zwischen dem Rahmen 1 und zwei horizontalen
Ansätzen 2d, 2e angeordnet sind, die jeweils an den Säulen
2b des brückenförmigen Aufbaus 2 festgelegt sind.
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Die Aufhängung des Rahmens erfolgt so an drei Punkten 3,
5a, 5, die auf den Ecken eines gleichschenkligen Dreiecks
(Figur 2) angeordnet sind. Mit den großen vertikalen Federn
5, 5a sind zwei teleskopische Stoßabsorber 6, 6a
angeordnet, die zur Achse der Federn 5, 5a geneigt vorgesehen
sind, so daß sie zu der Längsmittelachse des
brückenförmigen Aufbaus konvergieren.
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Das Kugelgelenk 3 ist vorzugsweise mit einem
vibrationsdämpfenden Material überzogen, so daß sich der
brückenförmige Aufbau 2 (und deshalb das ganze Drehgestell, wie
besser im folgenden zu sehen ist), teilweise bezüglich des
Last tragenden Rahmens 1 entsprechend den beiden zueinander
senkrechten Achsen drehen kann, die durch die Mitte des
Kugelgelenks gehen. Solche partiellen Drehungen ermöglichen
es dem Drehgestell, der Verlegung der Schienen und der
Zahnschiene unabhängig von der Trimmung des Fahrzeugs zu
folgen.
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Ein ebenfalls mit einem vibrationsdämpfenden Überzug
versehener Zapfen 7 ist, wie in Figur 2 gezeigt, in einer
vertikalen Position zwischen den großen Federn 5, 5a
vorgesehen und hat die Funktion, eine Verschiebung des Last
tragenden Rahmens in eine Horizontal-Querrichtung bezüglich
des Drehgestells zu unterbinden.
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Mit dem brückenförmigen Aufbau 2, der so an dem Last
tragenden Rahmen 1 hängt, sind starr zwei
Gleichstromelektromotoren 9, 9a über zwei Paare von Bügeln 8, 8a
verbunden,
wobei die Achsen der Elektromotoren parallel
zueinander sind. Die Wellen der beiden Motoren übertragen die
Bewegung über zwei Kupplungen 10, 10a auf zwei
Drehzahluntersetzungsgetriebe 12, 12a (die schematisch deutlich in
Figur 3 gezeigt sind), welche über ein Paar von Kegelrädern
13 und die Drehzahl reduzierenden Zahnräder 14, 14a
ihrerseits die Bewegung auf die Achse 15 der Räder 16, 16a des
Drehgestells und des Zahnrads 17 übertragen, das mit der
Zahnschiene 18 kämmt. Die Achse 15 ist über Umlauflager
drehbar gelagert, die in den Gehäusen der
Drehzahluntersetzungseinheiten 12, 12a installiert sind.
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Die Drehzahluntersetzungseinheiten 12, 12a sind mit dem
brückenförmigen Aufbau 2 über die vibrationsdämpfenden
Abstützungen 11, 11a und über die horizontalen
vibrationsdämpfenden Schwenkabstützungen 21, 21a (Figur 2) verbunden.
Die Kupplungen 10, 10a sind jeweils weiterhin mit einer
Bremsscheibe 22, 22a und mit zugehörigen Bremsschuhen mit
Belägen 23, 23a (Figur 1) bekannter Bauweise versehen. Die
Scheibenbremsen bilden das Bremssystem für den
Normalbetrieb.
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Schließlich ist jedem Drehgestell mit den zwei
Elektromotoren eine Sicherheitsbremse, d.h. eine Notbremse,
zugeordnet, die insgesamt mit 24 bezeichnet ist, einen
Hydraulikzylinder mit Rückführfedern für den Fall aufweist, daß
aufgrund nicht vorhersehbarer Ursachen der Fluiddruck in
dem Zylinder fehlt, und die mit Beläge 25 tragenden Schuhen
an ihrem unteren Ende versehen ist, wobei die Beläge 25 im
Klemmeingriff mit den gegenüberliegenden Wänden des
Schienenkopfs bringbar sind, wodurch das Fahrzeug automatisch
angehalten wird. Die Notbremse ist weiterhin unter den
Klemmbelägen mit Zähnen versehen, die dem Steg der Schiene
25a zugewandt sind und die in der Lage sind, zu
unterbinden,
daß sich die Räder des Drehgestells zufällig nach oben
in dem Fall bewegen, wenn die Zahnschiene eine Störung
aufweist oder wenn massive Fremdkörper zwischen die Räder
und die Schienen gelegt werden, um so das Fahrzeug am
Entgleisen zu hindern.
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Die in der Praxis eingesetzte Hydraulikbremse ist
Gegenstand der Italienischen Patentanmeldung 19181 A/89, die im
Namen des Anmelders am 25. Januar 1989 eingereicht wurde
und die sich als besonders wirksam erwiesen hat.
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Wie in Figur 3 gezeigt ist, ist das Schienenfahrzeug nach
der Erfindung mit zwei brückenförmigen Drehgestellen, die
einander gleich sind, versehen, wobei solche Drehgestelle
vorstehend unter Bezugnahme auf Figur 1 und 2 geoffenbart
sind. Die Drehgestelle sind fluchtend zueinander und
einander gegenüberliegend unter dem Last tragenden Rahmen 1
des Fahrzeugs angeordnet. Deshalb hat in der Praxis das
zweite Drehgestell, das insgesamt in Figur 3 mit dem
Bezugszeichen 26 bezeichnet ist, sein eigenes Kugelgelenk,
das mit einem aus dem Rahmen 1a vorstehenden zugehörigen
Bügel in einer Position gegenüber dem und in fluchtender
Ausrichtung zu dem Bügel 4 des brückenförmigen Aufbaus von
Figur 1 verbunden ist. Das Fahrzeug kann deshalb um sechs
Punkte schwingen, die von den beiden Kugelgelenken in einer
zentralen Position und von den beiden Paaren von großen
Federn gebildet werden, die an den gegenüberliegenden Enden
der beiden Drehgestelle installiert sind.
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Vom Anmelder konnte in der Praxis beobachtet werden, daß es
durch die Verwendung von zwei Elektromotoren an jedem
Drehgestell und somit von vier Motoren an jedem
Schienenfahrzeug möglich ist, sehr hohe Zugleistungen mit kleinen
Gesamtabmessungen zu erhalten, so daß auch im Falle von
Schmalspurbahnen hohe Geschwindigkeiten erhalten werden
können, und zwar immer unter den Bedingungen maximaler
Sicherheit. Die spezielle hier geoffenbarte Notbremse, die
auf die Schienen wirkt, ermöglicht weiterhin, daß das
Fahrzeug in Notfällen ohne die Gefahr einer
Fahrzeugentgleisung angehalten werden kann.
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Die Stromversorgung der vier Motoren erfolgt so, daß der
elektrische Strom unter allen Motoren aufgeteilt wird, um
zu verhindern, daß einige der Übertragungsorgane bezogen
auf die restlichen Übertragungsorgange überlastet und
überbeansprucht werden. Die Leistung jedes einzelnen Motors
wird so gewählt, daß das Fahrzeug, auch wenn es sich auf
einer reduzierten Geschwindigkeit befindet oder, im Falle
von Störungen an zwei Motoren mit halber Geschwindigkeit,
unabhängig davon fahren kann, wie sich die Störungen
aufweisenden Motoren zwischen den Drehgestellen aufteilen.
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Wenn nur zwei Motoren verwendet werden, sollten diese so
bemessen werden, daß ein vollbeladener Wagen mit halber
Geschwindigkeit am steilsten Hang fahren kann.
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Die elektrische Ausrüstung ist so ausgelegt, daß sie
automatisch eine Steigerung der Fahrgeschwindigkeit zuläßt,
wenn das geforderte Drehmoment abnimmt, wenn die Neigung
und/oder die transportierte Last geringer sind als die
maximale Neigung bzw. die maximal transportierte Last.
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Selbstverständlich können baulich und technisch äquivalente
Modifizierungen und Varianten bei der vorstehend
geoffenbarten Erfindung ausgeführt werden, ohne dadurch den
Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.