DE6932349U - Gliederzuggarnitur. - Google Patents

Description

BRITISH RAILWAYS BOARD, 222, Marylebone Road, London, N.W.l,

England

«jJ'Gliederzvüggärnitur" >

Die Erfindung betrifft eine Gliederzuggarnitu.r, die wenigstens aus zwei Wagenkörpern, die an ihren zugewandten Enden untereinanderverbunden sind, besteht.

Bei Schienenfahrzeugen besteht das Problem der Kurvensteuerung. Zur Lösung dieses Problems sind bereits verschiedene Vorschläge gemacht worden. Eine bekannte Methode besteht darin, die Spurkränze der Räder in den Kurven gegen die Schienenflanken drücken zu lassen., so daß sich aus der daraus resultierenden Kraft die angestrebte Kurvenführung ergibt. Eine auf diese Art und Weise bewirkte Kurvenführung hat den Nachteil, daß die Radachsen beim Durchfahren einer Kurve nicht radial zum Krümmunskreis ausgerichtet sind. Deshalb gleiten die Radlaufflächen entlang der Schiene und die Spurkränze berühren die äußeren Schienenflanken unter einem Anstellwinkel ("angle of attack"). Diese beiden Reibbewegungen führen zu unerwünschtem Verschleiß der Gleitflächen, der Spurkränze und der Schienen. Da sich die Laufflächen bereits im Gleitzustand befinden, führt der Angriff von Traktions- oder Bremskräften zur Erhöhung dieses Gleitzustandes, wodurch wiederum ein erhöhter Verschleiß verursacht wird. Das Auftreten eines Anstellwinkels zwischen Rad und Schiene birgt die Gefahr in sich, daß der Spurkranz auf die Schiene aufläuft, was zu einer Entgleisung führt.

Für da· Auttragivorhminl« gilt dl· ©ebUlirenordnunn dor Deutschen Palontanwtiltikommor. - G«rldit»tand tür Lslitung und Zahlung: Nürnberg. Gespräch« am Fernsprecher haben keine rechtivorblndildie Wirkung

.3.73

^: U .'!jO^;'' ''i if-

. ."'.»a · ,» ₍»e boo β β

a a ia ' a ■ . a ·. *

" ■ .1 ,

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin» einen aus zusammengesetzten Schienenfahrzeugen gebildeten Zug zu sohaffen, dessen Aufbau eine Steuerung des Zuges» insbesondere auch in Kurven und mit Fahrzeugkörpern langen Aufbaues» ermöglicht* wobei der Verschleiß auf ein Mindestmaß reduziert und die Gefahr des Entgleisens beseitigt sind«

Die Erfindung geht von der Überlegung aus« daß eine Berührung zwischen den Spurkränzen und den Schienenflanken durch Nutzbarmachung der.in der BerUhrungszone zwischen Lauffläche und Sohle* ne entstehenden großen FUhrungskräfte vermeidbar ist» wenn die Fahrzeugaufhängung sorgfältig gewählte Maße für die Parameter aufweist. Diese Kräfte werden als Kriechkräfte bezeichnet und sind Reibungskräfte» entstanden durch Mikrosohlupf« Diese Kräfte treten bei allen Fahrzeugen mit starren Radsätzen auf« d.h. Radsätzen» die aus frei drehenden Achsen mit daran befestigten Rädern bestehen. *

Diese auftretenden Kriechkräft.e sind in Verbindung mit der Rad« konizität Innerhalb gewisser Grenzen in der Lage» einen Radsatz in radialer Ausrichtung mit der Fahrschiene duröh Gieren gegen die Zwangskräfte seiner Aufhängung su steuern. Dies kann sogar bei auftretenden Zentrifugalkräften ohne Berührung des Spurkranzes mit der Schiene erreicht werden. Die Forderung nach einer vollständig steifen Gieraufhängung fUr eine dynamische Stabilität» beschränkt jedoch den maximalen Winkel» durch den die Achse Gieren kann. Daher ist es schwierig» diese Art der Steuerung bei Fahrzeugen bekannter Konstruktion mit langen Fahrzeugaufbauten anzuwenden. Wegen des langen Achsstandes wäre es erforderlich» daß die Radsätze einen relativ großen Winkel ausscheren müßten» um von ihrer parallelen Lage aus einem geraden Schienenstrang in die radiale Lage zur Fahrschiene in Kurven zu gelangen.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist bei einem Eisenbahnzug mit wenigstens zwei Wagenkörpern* die an ihren zugewandten Enden untereinander verbunden sind» daduroh gekenn-

! ΐ * ί·

6 W· ' . —^

. zeichnet, daß ihre Verbindung relative seitliche Verschiebungen . . , der Wagenkörper hemmt, jedoch eine relative Winkelverschiebung : .^ der Wagenkörper zuläßt, daß ein starrer Steuerträger vorgesehen ^! . ist, der sich über dia Verbindungsstelle der Wagenkörper er- t streckt, und mit seinen Enden derart und mit solchem Abstand in Längsrichtung von der Verbindungsstelle an den Wagenkörpern angeleikt ist, daß eine relative Winkelverschiebung möglich ist und daß ferner an dem Steuerträger wenigstens ein Radsatz mit fest an einer drehenden Achse befindlichen Rädern angeordnet ist, wobei sich zwischen Steuerträger und Radsatz eine Aufhängung befindet, die federnd einer Winkelverdrehung in einer horizontalen Ebene relativ zum Steuerträger entgegenwirkt.

Durchfährt ein Zug gemäß der Erfindung eine Kurve konstanter Krümmung, so nimmt der oder - wenn der Zug drei oder mehr Wagen-? : aufbauten aufweist - jeder Steuerträger der Wagenanordnungen eine tangentiale Lage zu einer zur Gleismittellinie parallelen Kurve ;·

■ - f ein, wobei die Wagenkörper in einer Winkellage zueinander stehen.

ι j ·. ^: ■■■

■₍ I Die an den Steuerträgern angeordneten Radsätze werden dadurch im wesentlichen in eine radiale Ausrichtung zum Schienenstrang ge-\ : ' * bracht, wobei die Kriechkräfte noch eine feine Steuerung ermöglichen.

', · .'· Nach einer bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung sind zwei ' Radsätze an jedem Steuerträger'vorgesehen. Diese Radsätze können nahe aneinander am Steuerträger angebracht sein, so daß sie hinreichend radial zum Schienenstrang gerichtet sind, wenn der Zug eine Kurve durchfährt. Die Kriechkräfte können dabei noch feinsteuernd wirken.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand der Zeiohnung näher beschrieben. Dabei zeigt;

Fig#l in Draufsicht in sohematisoher Darstellung ein in der ■·.;·. ;.; Mitte befindliches Fahrzeug und zwei benachbarte Fahr-

zeuge eines Zuges gemäß der Erfindung, welche einen

* β

.· '■■ i

■*(/■

■ _r >■

Schienenstrang gleicher Krümmung durchlaufen, wobei der Krümmungsradius des Schienenstranges in Bezug auf die dargestellten Fahrzeuglängen wesentlich kleiner ge~ zeiohnet ist als es der Praxis entspricht, so daß die relativen Versetzungen der Aufbauten usw«, wenn der Zug eine Kurve durchfährt, relativ deutlich aus der Zeichnung ablesbar sind,

Flg.2 in Seitenansicht die Verbindungseinrichtung zweier Fahrzeugkörper, und

FigO in perspektivischer Darstellung einen Steuerträger, der einen Teil der Verbindungseinrichtung zwischen den Fahrzeugkörpern und den am Steuerträger, über Seitenbewegungen ausgleichende Aufhängungen, befestigten Radsätzen bildet.

In Fig.l sind die Fahrzeugaufbauten 1,2,3 durch ihre Längsmittellinien und der Schienenstrang 4 durch seine Mittellinie dargestellt. Der Fahrzeugkörper 2 ist seifcensteif mit Gelenken I¹ und J" an den Fahrzeugkörpern baw. Wagenkästen 1 und 3 angelenkt. Die Gelenke J¹ und J" ermöglichen, daß die Wagenkästen 1,2,3 in einer Kurve Winkellagen zueinander einnehmen» Zwischen den Fahrzeugkörpern 1 und 2 ist-ein sich über das Gelenk J¹ erstreckender Steuerträger S¹ vorgesehen. In ähnlicher Weise"erstreckt sich ein Steuerträger S" über das Gelenk J" zwischen den Wagenkästen 2 und 3. Mit seinen Enden ist der Steuerträger S* an den Punkten Si und Sp in der Längsmittellinie an den zwei FährzeugV aufbauten"durch Gelenkbolzen oder andere Mittel, die gegen seitliche Verschiebung Zwangskräfte ausüben, die aber die freie Bewegung der Wagenkästen 1,2 in eine relative Winkellage auf Kurvenstrecken ermöglichen, befestigtο Der-Steuerträger S" ist entsprechend an den Funkten SV und Sp mit den Wagenkästen 2 und 3 verbunden.

„ ,,,■

• η ·

• β^η · · »i »it ·

Jeder Steuerträger S¹ und S" trägt zwei Radsätze W₁ und Wg* mit drehbaren Achsen, mit denen die Räder fest verbunden sind, wobei, die Achsen In Achsgehäusen gelagert sind. Die Radsätze W₁ und Wg sind Jeweils über eine Gierbewegungen, d.h. Winkelbewegungen der Radsätze relativ zu den zugehörigen Steuerträgern S¹ oder S" in einer horizontalen Ebene, elastisch hemmende Aufhängung mit ihren zugehörigen Steuerträger S* oder S" verbunden.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine sehr einfache Ausbildung der Aufhängung in Verbindung mit dem Steuerträger S¹ in den Fig.2 und 3 dargestellt. Die Aufhängung weist für' jeden"Radsatz W₁ und Wg ein Paar Zugstangen 5 mit darin eingebautem Federungselement 6 auf. Eine Zugstange 5 ist einerseits zwischen dem Achsgehäuse 7 an einem Ende des Radsatzes und andererseits an einem Arm 8, welcher seitlich vom Steuerträger S* absteht, befestigt.

In gleicher Weise ist eine, nicht aus der Zeichnung ersichtliche, Zugstange zwischen dem Achsgehäuse ¹J am gegenüberliegenden Ende des Radsatzes und einem weiteren seitlich vom Steuerträger S¹ abstehenden Arm 9 befestigt. Die zwei mit Jedem der Rad» sätze"W₁ und W_g verbundenen Zugstangen 5 bewirken eine Hemmung der Gierbewegungen des Radsatzes bezogen auf den Steuerträger in Abhängigkeit von der Charakteristik der Federungselemente 6·" Die Federungselemente 6 können¹ aus aneinandergesetzten Gummi-Scheibenelementen, Ouaimidruckfedern^""gebildet sein.

Über die ganze Zuglänge vom ersten (führenden) bis zum letzten Wagenkasten sind jeweils zwischen den zugewandten Enden der Fahrzeugkörper Verbindungen gemäß den Fig.l bis 3 vorgesehen.

Durchfährt ein Zug gemäß der Erfindung eine Kurve, so stehen die mittig zwischen den Radsätzen W^ und VJg befindlichen Steuerträger S* und S" an den Punkten T⁹ und ti" tangential zu einer zur

et8tMSti.-J.7l

•	»Λ	.:	»«	• *	it	OS	. *
«	* *				M . «	f .11 • · .	til
• M			If	« I

Mittelllhle des Schienenstranges parallelen Kurve. Die Radaohsen , sind daher nahezu radial zum Schienenstrang gerichtet, da sie , ziemlich nahe an den Tangentenpunkten T¹,T" der Steuerträger S¹ und S" liegen und die Kriechkräfte ferner dazu ausgenutzt werdSn können, die Radaohsen gegen ihre Aufhängung in eine tatsächlich" radiale Lage zum Schienenstrang zu bringen« Je mehr sich die Punkte D. und D₂, in welchen die Radaohsen die Mittellinie des Schienenstranges kreuzen, weiter dem Tangentenpunkt T⁹ oder T" nähern, umso genauer wird die geometrische Steuerung und umso weniger werden die Kfciechkräfte benötigt.

FUr Schienenstrangkurven mit unterschiedlichen Radien werden die in Flg.l angegebenen Dreieoke Sj, J¹, Sg und Sj, J", Sg unterschiedlich. "

Um eine entsprechende Bewegung der Fahrzeugkörper zu ermöglichen, ist es von Vorteil, die Verbindungen J* und J" dehnbar auszulegen .

Die zur Steuerung erforderlichen Parameter, die den Anforderungen entsprechen, werden durch eine Betrachtung der geometrischen Verhältnisse bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestimmt. Die Punkte Ej, Ej, Eg¹, Eg, Ei befinden sich an den Schnittstellen der Fahrzeugkörper mit der Strangmittellinie und die Punkte Q₁, Q«, sind die Mittelpunkte auf den Sehnen zwischen den Punkten Ej und Ej bzw. zwischen Ei und Eg oder die Punkte wo sich die Wagenkörper 1 und 2 tangential zu einer der Strangmittellinie parallelen Kurve befinden. Eine einfache geometrische Überlegung mit Anwendung des Satzes von Pythagoras ergibt, daß die Sehnenlängen E₁' El' und Ei E« unabhängig von der Größe des Schienenstrang-'" ra>diüs R_Q konstant bleiben, obwohl die Sehnenlängen untereinander unterschiedlich sein können*

Werden insbesondere die Fahrzeugkörper 1 und 2 und der daran angeordnete Steuerträger S⁹ betrachtet, so sind die Abstände J₁, Jg, e^s 6g* S₁, Sgi tp tg'und d wie in Figel dargestellt.

-7-

29.3.73

ft«

Kl ι« ■« «β »ι*

ft It · 14* φΠ» .

* t β < ι· ι · » * cn ■ι · ·ιι· » » ·

II» If »I »» *Λ

Da die Abstände e. und e₂ den halben Längen der Sehnen E! E¹J bzw. E| Eg entsprechen, die für alle Krümmungen konstant"bleiben, sind die Punkte Q₁ und Q₂ Pestpunkte auf den Fahrzeugkörpern 1 und 2 und die Abstände S₁ und S₂ sind deshalb konstante . Abstände, obj.eloh sie von unterschiedlicher Qröße sein können. Für die in der Praxis vorkommenden großen Kurvenradien können die Abstände J₁ und J₂ als konstant betrachtet werden. Ebenso sind die Abstände d, wobei 2d das Maß des Achsstandes ist, konstant, ebenso die Abstände tj^ und tg, wobei t., + tg die Länge des Steuerträgers S¹ ergibt»

Mit O ist der Krümmungsmittelpunkt des Schienenstranges bezeichnet. Aus der Anwendung des Satzes von Pythagoras auf die Drei* eoke O Q₁ Ej, O Q₁ Sj, OT* Sj, O T¹ D₁ ergibt sich:

2 ql "

4·

♦ "

-d

wobei R₁=O Q₁, R₁ = O Sj und R_t « O T¹. Durch die Zusammenfassung der obigen Gleichungen 'ergibt siofi für den Fahrzeugkör· per 1 folgende Beziehungi

+ d'

(1)

In gleicher Weise erhält man für den Fahrzeugkörper 2 die Be· Ziehung .

S₂ ².+ d² = e₂ ² + t₂ ^Z!

(2)

./■

-8-

U. 73

ι ι

t« I.» It #0 *>« '

• »It*· · » » « · I 111 ΙΓ«» ·

fl ttl 1» Iff · P(*ff

• · ι ι ι r » * * til IJ M t * e.»

Die Beziehung zwischen den Abständen J₁ duroh Betrachtung der Dreiecke O Q₁ J¹, und O Q₂ Eg¹ ermittelt werden: "" '

ρ 2 χ ι 2
^Rql ⁺ h

O2

und e_g kann ₁"* O Q₂ J¹

η ^{c R}q2 -

wobei R. « 0 J¹,

und

Die Zusammenfassung dieser Gleichungen ergibt:

_ft 2
~ ^el

■ 2
" ^e2

(3)

Setzt man L₁

S_{2 +} t₂

Pur gegebene Werte von L«,, L₂, e_1# e_g und d ergeben sich dann die Befestigungspunkte S₁ ¹ und S₂' für den Steuerträger durch

^S2 -

1 +

1 +

S1 2'	-d2
e22 -	d2

(5)

Für einen ausreichenden Näherungsgrad 1st ν -9-

1912 3 412%. a. η

Daher ergibt sich aus Gleichung (3) die Lage de3 Gelenk- bzw. Verbindungspunktae J¹t

Daraus ist ersiohtlich, daß bei Vorgabe der Oröße einzelner Parameter die übrigen Parameter aus den vorstehenden Qleiohungen zu errechnet sind.

Im Falle einer symmetrischen Anordnung» bei welcher L. = L₂ und e. = e₂, sind s. und S₂ gleich groß und di@ Punkt® T* und J* fallen auf einer Oeraden zusammen. Daraus ergibt sicn ferner, daß eine genaue geometrische Steuerung unabhängig vom Kurvenradius 1st« da dio Parameter in den Gleichungen (l) bis (6) unabhängig vom Oleisradius sind.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene AusfUhrungsbeispiel* bei welchem die Radsätze unabhängig voneinander am Steuerträger befestigt sind,, beschränkt, sondern umfaßt ebenfalls eine Ausführung wonach die Radsätze zu Drehschemel-Fahrgestellen verbunden sind, die wiederum am Steuerträger befestigt sind. Die erfindungsgemäße Anti-Gier-Aufhängung für jeden Radsatz befindet sicfi dabei zwischen dem Rahmen des Drehschemel-Fahrgestells und dem Radsatz. Die Erfindung umfaßt ferner auch Ausführungen, bei de-' nen anateile von zwei Radsätzen an jedem Steuerträger ein einzig ger Radsatz vorgesehen ist. Bei dieser Ausführung wird der Abstand d gleich Null und der Radsatz ist im Tangentenpunkt T¹, T" usw. am Steuerträger befestigt.

Die geometrische Steuerung ist nicht unbedingt von den Kriechkräften abhängig, da für den Fall, daß diese Kräfte für eine ausreichende Führung nicht genügen sollten* der Zug infolge der Spurkranzkräfte noch die dargestellte Konfiguration einnimmt.

- Ansprüche -

Claims (10)

Ansprüche

1. Gliederzuggarnitur, bestehend aus wenigstens zwei Wagenkörpern,, die an ihren zugewandten Enden untereinander verbunden sind, dadurch gekennzeiohent, daß ihre Verbindung (J¹) relative seitliche Verschiebung der Wagenkörper (1,2) hemmt, jedoch eine relative Winkelverschiebung der Wagenkörper zuläßt, daß sich ein starrer Steuerträger (S¹) über die Verbindungsstelle (J',J^M) der Wagenkörper erstreckt und mit seinen Enden derart urad mit solchem Abstand von der Verbindungsstelle (J') in Längsrichtung an den Wagenkörpern angelenkt ist, daß eine relative Winkelverschiebung möglich isft

I) und daß ferner an dem Steuerträger wenigstens ein Radsatz (W₁) mit fest an einer drehenden Achse befindlichen Rädern angeordnet xst, wobei sich zwischen Steuerträger und Radsatz eine Aufhängung (5-8) befindet, die in einer horizontalen Ebene federnd einer Winkelverdrehung gegenüber dem Steuerträger entgegenwirkte.

2. Gliederzuggarnitur nach Anspruch 1 mit wenigstens drei Wagenkörpern, die an ihren zugewandten Enden \intereinander verbunden sind, dadurch gekennzeiohent, daß ihre Verbindungen (j',J^M) einerseits seitliche Relativbewegungen der Wagenkörper (1,2^5) zueinander begrenzen und andererseits Winkellagen der Wagenkörper zueinander ermöglichen, daß sich je ein starrer Steuerträger (S¹, S¹') über die jeweilige Verbindungsstelle derWagenkörper erstreckt und daß an jedem Steuerträger wenigstens ein Radsatz (W,, VJ₂) mit fest an einer drehenden Achse befindlichen Rädern angeordnet ist, wobei sich zwischen den Steuerträgern und den Radsätzen Aufhängevorrichtungen (5-8) befinden, die federnd horizontalen Verdrehungen entgegenwirken.

3· Gliederzuggarnitur nach Anspruch 1 oder 2 daduroh,-.;gekennzeichent, daß am starren Steuerträger (S¹) ein Radsatzpaar (W₁, W₂) angebracht ist.

4. Gliederzuggarnitur naoh Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Radsatz (W₁*Wp) unabhängig vom anderen am starren Steuerträger (S¹) angeordnet 1st.

5. Gliederzuggajrnitur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Radsätze zu einem Drehschemel-Fahrgestell zusammengefaßt am starren Steuerträger befestigt sind -

6. Gliederzuggarnitur nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß ein.'einziger Radsatz am starren Steuerträger montiert ist.

7. Gliederzuggarnitur nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhängung füreinan Radsatz aus einem Paar Zugstangen (5) mit eingebauten Federungselementen (6) besteht.

8. Gliederzuggarnitur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstangen (5) zwischen seitlichen Armen (8,9) des Steuerträgers (S') und den Achsgehäusen (7( an den Enden des Radsatzes (W, bzw. W₃) befestigt sind.

9. Gliederzuggarnitur nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichtaet, daß ein.: Federungselement (6) aus aneinanderliegend angeordneten Gummischeiben besteht.

10. Gliederzuggarnitur nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9} dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (j',J^{i) der Wagenkörper (1,2,3) elastisch ausgebildet ist.

©§3234929.3.73