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Vorrichtung zum Verhindern des Entgleisens von ein- oder mehrachsigen
Achsgestellen für auf Gleisen stehende oder rollende Fahrzeugmodelle Schienenfahrzeugmodelle,
hauptsächlich Nachbildungen von Lokomotiven, weisen häufig vor oder hinter den Treibgestellen
laufende Achsgestelle, z. B. zweiachsige Drehgestelle, auf, die von sogenannten
Spurrädern getragen werden. Zwischen diesen Achsgestellen und den sie führenden
Rahmen ist verhältnismäßig viel Lagerspiel vorgesehen, damit die Spurräder einerseits
bei uneben verlegten Schienensträngen immer mit den Schienen im Eingriff bleiben
und andererseits beim Anfahren von Steigungen andere Räder, z. B. Treibräder, nicht
vom Gleis abheben. Ferner soll der <lern Verschwenken entgegenwirkende, das Entgleisen
dieser Fahrwerke begünstigende Widerstand leim Befahren von Kurvenstrecken klein
sein. Ein großes Spiel zwischen dem Achsgestell und seiner Führung am Rahmen wirkt
sich wie ein Gelenk aus und verhindert, daß das Achsgestell Kräfte auf den Rahmen
überträgt.
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Diese Leichtgängigkeit des von den Spurrädern getragenen Achsgestelles,
insbesondere das große Spiel zwischen Rahmen und Achsgestell, ist aber auch nachteilig.
Unebenheiten der Fahrstraße verursachen ein Springen des Achsgestelles, das Lärm
verursacht und gelegentlich auch zum Entgleisen des Drehgestelles führt. Eine bei
bekannten Konstruktionen zwischen Rahmen und Achsgestell eingebaute, vorgespannte
Dämpfungsfeder (Schraubenfeder) mit schwach ansteigender Kennlinie, die das Achsgestell
beim Fahren gegen sein Gleis drückt,
bremst dieses Springen, ohne
jedoch das Entgleisen der Achsgestelle verhindern zu können. Eine Feder mit nur
schwach ansteigender Kennlinie wird deshalb gewählt, um die Leichtgängigkeit des
Fahrzeuges zu erhalten. Die Räder des starr mit dem Fahrzeugrahmen bzw. mit dem
Wagenkastenaufbau verbundenen Fahrgestelles sollen, insbesondere bei Triebfahrzeugen,
beim Fahren möglichst mit dem ganzen Gewicht des Fahrgestelles belastet bleiben,
weil dadurch die Fahrsicherheit und darüber hinaus bei Triebfahrzeugen die Zugkraft
erhöht wird.
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Wie schon erwähnt, reicht diese Dämpfungsfeder jedoch nicht aus, um
das Achsgestell vor dem Entgleisen zu bewahren. Starke Stöße und Hindernisse, beispielsweise
beim Befahren von Weichen aufzuschneidende Weichenzungen, sind gelegentlich ein
Anlaß zum Hochklettern der Spurräder und zum Ausbrechen des Achsgestelles aus der
Fahrtrichtung.
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Nach der Erfindung kann dieser Mangel ohne Verschlechterung der Fahreigenschaften
des Fahrzeuges beseitigt werden, wenn man zwischen den Rahmen und das von den Spurrädern
getragene Achsgestell einen Widerstand, z. B. eine Federung mit verhältnismäßig
steil ansteigender Kennlinie, einbaut, die dem Achsgestell entgegenzuwirken beginnt,
wenn es bei auf dem Gleis, stehendem oder bei rollendem Fahrzeug angehoben wird.
Die Federung fängt demnach die Stöße auf, die das Achsgestell zu heben versuchen,
das dabei stärker belastet wird und infolgedessen Hindernisse, z. B. Weichenzungen,
zur Seite schieben kann.
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Wie herausgefunden wurde, soll nach der Erfindung der Widerstand,
vorzugsweise eine Federung, folgende Kennwerte haben: a) Der Widerstand ist nicht
oder höchstens bis zu 50% der Spurkranzhöhe vorgespannt (Fahrzeug auf dem Gleis
stehend); b) die Endlast des Widerstandes beträgt bei einer Hubbewegung von der
Größenordnung der Spurkranzhöhe mindestens 20% der Kraft, die alle oder ein Teil
der Treibräder des Fahrzeuges von dem Gleis abhebt.
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Zweckmäßigerweise sieht man zwischen den Rahmen und der am Achsgestell
aufliegenden oder festgemachten Federung bzw. zwischen dem Achsgestell und dem vom
Rahmen gebildeten oder am Rahmen fixierten Widerstand ein Spiel vor, das bei Verwendung
von Federn mit steil ansteigender Kennlinie als Widerstand bis zu go% der Spurkranzhöhe
betragen kann. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Spiel etwa so groß wie
70 bis 800/0 der Spurkranzhöhe gewählt wird, weil dann einerseits eine ausreichende
Leichtgängigkeit beim Fahren und andererseits ein rechtzeitiges Ansprechen der Entgleisungssicherung
bei Hubbewegungen des Achsgestelles gewährleistet wird. Das Spiel ist wirksam im
Betriebszustand, d. h. bei auf dem Gleis stehendem Fahrzeug, und zwar in Hubrichtung
des Achsgestelles.
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Wählt man das Spiel klein bzw. gibt man der Federung etwas Vorspannung,
dann wird mit derselben Federung auch eine wirksame Dämpfung der Rollstöße erzielt,
die Fahrbahnunebenheiten, i. L. verursachen. I_s ist jedoch besser, wenn zwischen
dein Achsgestell und der Federung ein sich heim Fahren deutlich bemerkbar machendes
Spiel vorgesehen und der Entgleisungssicherung zusätzlich noch eine vorgespannte
Dämpfungsfeder mit schwach ansteigender Kennlinie parallel- oder vorgeschaltet wird.
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Im weiteren Verlauf der Erprobung dieser Erfindung wurde herausgefunden,
daß sich für bestimmte Konstruktionen gelegentlich Zugfedern besser als Druckfedern
eignen. Hauptsächlich bei Fahrzeugen, bei denen der Zwischenraum zwischen dem Achsgestell
und dem Fahrzeugrahmen klein bemessen werden muß, hat sich der Einbau dieser Zugfedern
bewährt.
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Eine besonders einfache und Bearbeitungskosten sparende Gestaltung
der Vorrichtung ist z. B. möglich, wenn die Zugfederung jeder Vorrichtung konzentrisch
auf den Bolzen angeordnet wird. Die hinsichtlich Raumausnutzung beste Lösung der
gestellten Aufgabe stellt jedoch eine Bauart dar, bei der die wirksamen Windungen
der Zugfederung zwischen dem Achsgestell und dem Anschlag angeordnet sind, der das
Achsgestell heim Abheben des Fahrzeuges von den Schienen ain Fahrzeug hält, wobei
ein Kupplungsglied, z. 13. ein zu einem Haken verlängertes Ende der Zugfederung,
als Federungsanschlag dient.
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Diese Entgleisungssicherungen können darüber hinaus noch mit einfachen
:Mitteln zu einer Fahrgestelleinstellvorrichtung ausgebaut werden, die bei entlastetem,
d. h. von den Schienen weggehobenem Fahrzeug das Achsgestell in eine bestimmte Richtung
zum Fahrzeugrahmen zu drehen versucht. Das Einschwenken des Achsgestelles in diese
Stellung kann unter dein Finfuß dieser Federung oder bei Anordnung von entsprechenden
Gleitbahnen unter der Finwirkung der Schwerkraft erfolgen.
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In der Zeichnung sind -\usführungsbeispiele dargestellt. Es zeigt
.1b. i einen Längsschnitt durch ein von vier Spurrädern getragenes Fahrgestell.
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.1b. 2 dessen Draufsicht, .1b.3 ein Ausfiillrtitigslteisliiel. (las
einen Sonderfall darstellt und die mannigfaltige Auswertbarkeit der Erfindung kennzeichnet
und die Abb.4 bis 9 Kraftwegscliatil)il(ler von als Etitgleisungssicherungen dienenden
Federungen, die sich bei Versuchen bewährt haben; Abt. io veranschaulicht ein Kraftwegschaubild
einer einleitend als Stand der Technik geschilderten Dämpfungsfeder (bezogetl auf
den (-,esamthulnveg des Achsgestelles), Abb. ii dazu vergleichsweise ein Kraftwegschaubild
einer ert'tndungsgemäßen Federung, die mit 5o% der Spurkranzliölie vorgespannt ist
(Grenzfall), und Abb.12 ein weiteres Kraftwegschaubild einer von einem nicht federnden,
rahmenfesten @N'iderstand nach der Erfindung gebildeten Entgleisungssicherung (Grenzfall)
; Alb. 13'zeigt die schematische harstellung eitler
ein stark geknicktes
Gleis befahrenden Lokomotive in der Seitenansicht mit von dem Gleis abgehobenen
Treibrädern bei Verwendung einer Entgleisungssicherung gemäß Abb. 12; :\M). 14 bis
16 zeigen Längsschnitte durch Achs-Z, mit Zugfederung, während die Abb. 17 und 18
in größerem Maßstabe gezeichnete Querschnitte des Achsgestelles gemäß Abb. 16 (Schnitt
A-A der Abb. 16) veranschaulichen; Abb. ic stellt ein Kraftwegdiagramm der Zugfederung
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dar. Das von den Spurrädern i getragene zweiachsige
Achsgestell 2 wird von dem Bolzen 3 geführt, der mit dem Rahmen 4 des Fahrzeuges
verbunden ist. Seitliches Spiel zwischen dem Achsgestell 2 und dem Bolzen 3 macht
das Fahrzeug kurvengängig, während das axiale Spiel zwischen dem Rahmen 4 und dem
Achsgestell 2 das Ausweichen dieses Achsgestelles nach oben beim Anfahren von Steigungen
gestattet. Ferner ist noch ein verhältnismäßig großes vertikales Lagerspiel zwischen
dem Bund 3" am Bolzen 3 und dem Achsgestell vorgesehen, damit die Spurräder i auch
beim Befahren von Vertiefungen auf den Schienen 5 Weiterrollen.
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.11s Federung dient eine Blattfeder 6. Ihre Kennlinie cl kann beispielsweise
den in den Abb. 4 bis 9 und Abb. 11, 12 veranschaulichten Verlauf aufweisen. Ihre
Rückstellkräfte P sind in Abliängigkeit von den Federwegen bzw. von der Höhe S der
Spurkränze der Spurräder i aufgetragen. Wie man aus den Diagrammen entnehmen kann,
ist die Blattfeder 6 beim Gegenstand der Alili. i und 2 nicht vorgespannt. Der Bolzen
3 und der Stift 7 fixieren die Federung auf dem Fahr-?#;eStell 2. Die Linie I_ deutet
die Lauffläche der Schienen 5 an.
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leas Schaubild gemäß Abb. ,4 zeigt eine Ausfiilirung, bei der der
Federung eine vorgespannte Dämpfungsfeder mit der Kennlinie b parallel geschaltet
ist. Der Punkt P2, in dem Linienzug gemäß --\1>1i.6 besagt, daß hei einer Hubbewegung
von der vollen Spurkranzhöhe S 20% der Kraft (Endlast P".,) das Achsgestell gegen
das Gleis drücken, die alle oder einen Teil der Treibräder des Fahrzeuges von dem
Gleis abheben würden.
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Die Federkennlinie gemäß Abb. 9 gehört zu der beim Gegenstand der
:\bb.3 verwendeten Federung. Bei dieser Bauart bilden ein Ringwulst 3b auf dem Bolzen
3 eine federbelastete Kugel 8 zusammen mit einem Teil des Fahrzeuggewichtes den
zum Wegräumen von Hindernissen aus der Fahrbahn erforderlichen Widerstand.
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:\bb. io veranschaulicht das Kraftwegschaubild einer vorbekannten
Dämpfungsfederung, wobei S.,. das gesamte axiale Spiel des Drehgestelles auf dem
Bolzen 3 z-,vischen <lern Bund 3a und dem Rahmen 4 andeute(. Die Vorspannlänge
der Dämpfungsfeder beträgt ein Vielfaches der Spurkranzhöhe S. Das Spiel zwischen
dem Bund 3° und dem Drehgestell , das bei auf dem Gleis stehenden Fahrzeug gemessen
wird. ist mit SK bezeichnet.
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.\ii Stelle von auf Biegung beanspruchten Federn können auch sich
bei Belastung verdrehende Federn oder Gummipolster vorgesehen werden. An dem Wesen
der Erfindung wird ferner nichts geändert, wenn man die Federurig am Rahmen .4 befestigt.
Unter allen Umständen muß jedoch das Spiel SK zwischen der neuartigen Federung und
ihrer Abstützung im Normalbetriebszustand kleiner sein als die Spurkranzhöhe S der
Spurräder i, wenn die nach der Erfindung angestrebte Wirkungsweise erzielt werden
soll. Außerdem soll der Anstieg der Federkennlinie steil verlaufen, damit schon
bei kleinem Federweg große Rückstell- bzw. Stabilisierungskräfte ausgelöst werden.
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Der Erfindungsgegenstand erfüllt seine Zweckbestimmung sowohl bei
Triebfahrzeugen als auch bei Fahrzeugen, die aus mehreren Fahrgestellen (Drehgestellen)
ohne Antrieb bestehen.
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Bei der Federung gemäß Schaubild Abb. r i entspricht die Endlast P.""
der Kraft, die alle oder einen Teil der Treibräder des Fahrzeuges vom Gleis abhebt.
Diese Endlast wird erreicht, wenn Gleisunebenheiten das Drehgestell so hoch gestoßen
haben, daß die Spurkränze über die Schienenlaufflächen hinwegrollen oder -gleiten
können. Die Federung ist um den Betrag SV = 50%-von S vorgespannt.
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Der in Abb. 12 dargestellte Linienzug versinnbildlicht einen Entgleisungsschutz,
der ohne Federung arbeitet. Das Spiel r zwischen dem Drehgestell 3 und dem Rahmen
:4 ist ein wenig kleiner bemessen als die Spurkranzhöhe S. Bei kräftigen Stößen
auf das Drehgestell in vertikaler Richtung schlägt dieses am Rahmen an. Das Fahrzeug
kann nur dann entgleisen, wenn die Stöße so groß werden, daß der keibungsschluß
zwischen dem Treibgestell und dem Gleis aufgehoben wird. Der Linienzug der Rückstellkraft
ist mit c bezeichnet. Die Rückstellkraft durch das Eigengewicht des Drehgestelles
ist als gering angenommen.
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Dieses Beispiel wurde als Grenzfall aufgenommen. Seine Anwendung wird
im Gegensatz zu den anderen Beispielen nicht bei allen Anlagen vorteilhaft sein,
weil bei der Fertigung dieser Konstruktion auf die Einhaltung enger Bearbeitungstoleranzen
geachtet werden muß. Ferner eignet sich diese Bauart nur für flach verlegte Bahnen.
Größere Knicke in den Gleisen können ein unerwünschtes Abheben der Triebräder von
den Gleisen zur Folge haben (Abb. 13).
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Bei den Gegenständen gemäß Abb. 14 bis 18 dienen als Zugfederungen
ausgebildete Schraubenfedern 9 zur Rückstellung. Sie werden gespannt, wenn das den
Treibrädern des Fahrzeuges vorauseilende Drehgestell durch Gleisunebenheiten hochgehoben
wird. Diese Spannung bewirkt unter dem Einfluß des Fahrzeugeigengewichtes ein stärkeres
Anpressen der Spurräder gegen das Gleis, wobei nicht auf das Gleis gehörende, leichte
Hindernisse (hauptsächlich Weichenzungen von falsch gestellten Weichen) beiseite
geschoben werden.
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Das Fahrwerk nach Abb. 16 bis 18 ist mit einer Achsgestelleinstellvorrichtung
vereinigt, die bestrebt ist, das Achsgestell in eine bestimmte
Stellung,
vorzugsweise in die Geradeausfahrstellung, einzuschwenken, wenn das Fahrzeug vom
Gleis abgehoben wird.
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Die Vorrichtung besteht aus einer Raste io, in die der Haken 9" der
Schraubenfeder g eingreift. Die Feder ist derart bemessen, daß einerseits die Leichtgängigkeit
des Drehgestelles beim Befahren von Kurven nicht beeinträchtigt wird, anderseits
jedoch die dem Einschwenken in eine bestimmte Stellung entgegenwirkenden, an sich
geringen Reibungskräfte bei von dem Gleis abgehobenem Fahrzeug überwunden werden.
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Abb. i9 zeigt ein Kraftwegschaubild einer Federung. Die Kurve der
Belastung ist in Abhängigkeit des Gesamthubes S,"", des 1, ahrgestelles aufgetragen.
Man erkennt, daß die Federung erst dann zu wirken beginnt, wenn das Drehgestell
angehoben wird. Erst nach dem Erreichen der Endlast f'"," können die Spurräder entgleisen,
weil dann das Drehgestell eine Hubbwegung von der Höhe der Spurkranzhöhe S zurückgelegt
hät. Diese Endlast wird zweckmäßigerweise so hoch bemessen, daß sie der Kraft entspricht,
die die Treibräder des Fahrzeuges von dem Gleis abheben.
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Das Spiel, in dessen Bereich die Federung (Schraubenfedern 6) noch
unwirksam ist und das bei auf dem Gleis stehenden Fahrzeug gemessen wird, hat die
Größenordnung SK. Es wird im allgemeinen etwa-o,5 # S (Zugfederungvorgespannt) bis
+o,8 - S betragen.
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Abb. 17 zeigt ein Drehgestell in Fahrstellung (Normalstellung),
während Abb. 18 das Verhalten des Drehgestelles und der Zugfederung beim Hochlieben
des ganzen Fahrzeuges von den Schienen veranschaulicht (Wirkung der Drehgestelleinstellvorrichtung).
Das Drehgestell wird von der Schraubenfeder in Geradeausfahrstellung eingeschwenkt,
auch wenn das Drehgestell vor dem Abheben verschwenkt oder seitlich verschollen
war.