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Abfederung der Wiege eines Drehgestells für Schienenfahrzeuge Die
Erfindung bezieht sich auf die Abfederung der Wiege eines Drehgestells für Schienenfahrzeuge.
Sie besteht darin, daß außer dem Hauptfederungssystem für die Lagerung der den Wagenkasten
tragenden Wiege auf dem Gestellrahmen eine zusätzliche Feder vorgesehen ist, die
während der senkrechten Relativbewegungen der Wiege zum Gestellrahmen unbeaufschlagt
bleibt, aber den waagerechten Relativbewegungen der Wiege Widerstand leistet.
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Durch die zusätzliche Feder werden die Unzulänglichkeiten der die
Wiege tragenden Hauptfedern korrigiert. Die Zusatzfeder dient zur Erhöhung der auf
die Wiege bei ihren waagerechten Seitenbewegungen ausgeübten Rückführkraft. Um die
Rückführkraft zu erhöhen oder zu verringern, können die Zusatzfedern gegen schwere
oder leichtere ausgetauscht werden. An Hand der Zeichnung wird die Erfindung weiter
erläutert.
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Fig. i ist eine Draufsicht auf das Drehgestell, ein Teil hiervon ist
im Schnitt dargestellt; Fig.2 ist eine Seitenansicht des Drehgestells, Teile hiervon
sind im Schnitt dargestellt, die Räder sind strichpunktiert, die Federn für die
Wiege sind weggelassen; Fig. 3 ist ein Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. i ; Fig.
q. ist ein Schnitt nach der Linie 4-q. der Fig. i ; Fig. 5 ist ein Schnitt nach
der Linie 5-5 der Fig. i ; Fig. 6 ist ein Teil der Fig. q., sie zeigt die Arbeitslage
der Federn bei der größten Seitenbewegung der Wiege; Fig. 7 dient zur Erläuterung
der Wirkungsweise der Federn.
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In den Achsgehäusen i befinden sich die Achsen :z (Fig. 2), auf deren
Außenenden die Räder 3 zwecks
Drehung mit den Achsen 2 befestigt
sind. Die Räder können Spritzbleche 4 haben, welche von den Gestellseitenträgern
5 und durch die Achsgehäuse i getragen werden. Es sind zwei Längsträger 5 vorhanden.
Jeder ist an seinen Enden mit den Achsgehäusen i verbunden. An dem einen Ende des
Trägers 5 ist hierfür eine Kappe 7 und an dem anderen Ende eine Kappe 8 vorgesehen.
Die Kappe 7 umgreift das Achsgehäuse i, und in der Kappe 8 sind Gummi-kissen
g vorgesehen, in welchen sich das Achsgehäuse i befindet. Die Kappen 8 klemmen die
Gummikissen g fest gegen die Achsgehäuse i. Sie befinden sich auf diagonal gegenüberliegenden
Ecken des Gestenrahmens (Fig. i). Man erhält somit einen Gestenrahmen, der von großer
Festigkeit in waagerechter Ebene, in senkrechter Richtung jedoch nachgiebig ist,
so daß jedes Rad für sich einer Vertiefung in der Schiene folgen kann.
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Jedes Achsgehäuse i hat einen Getriebekasten io für nicht dargestellte
Zahnräder, durch welche die Achsen 2 mit den Rädern 3 angetrieben werden. Zum Antrieb
der Zahnräder dienen die beiden Motoren i2, und der Antrieb erfolgt durch die beiden
Antriebswellen ii. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, wird jeder Motor 12 von einem Querträger
13 des Rahmens mittels eines Lenkers 14 getragen, der schwingbar am Träger 13 befestigt
ist und nach unten hängt. Sein anderes Ende ist mit einem schalenförmigen Lager
i5 für den Motor 12 verbunden. Am anderen Ende des Lagers 15 ist ein Zapfen 16 angeschweißt:
Neben dem Zapfen 16 ist eine Öffnung in jedem Lager 15 zur Aufnahme eines Tragfingers
17 vorgesehen. Der Tragfinger 17 ist schwingbar am Zapfen 18 des Querträgers 13
gelagert. Der Finger 17 hat eine Verlängerung ig. Auf sie wirkt eine Schraube 2o
ein, die sich durch den Querträger 13 erstreckt. Wird die Schraube 2o nach unten
gegen die Verlängerung ig des Tragfingers 17 geschraubt, so gelangt der Finger 17
in die Öffnung des Lagers 15
neben dem Zapfen 16, und der Motor 12 im Lager
15 wird gegen den Querträger 13 gedrückt und so festgehalten. Wird dagegen die Schraube
20 von der Verlängerung ig losgeschraubt, so kann der Finger ig aus der Öffnung
schwingen, wodurch das Lager 15 entsperrt wird. Der Motor 12 kann aus dem Gestellrahmen
zwecks Reparatur oder Auswechslung herausgenommen werden. Die Enden eines jeden
Querträgers 13 sind verschiedenartig gelagert. Sie liegen einander diagonal gegenüber.
Das eine Ende der beiden Querträger wird nach Fig.5 von einem Zapfen 21 getragen,
der sich durch die Hülse 23 des Querträgers erstreckt. Der Zapfen 21 ist in einer
Konsole 22 gelagert (Fig. 3). Die Hülse 23 ist an ihren beiden Enden verbreitert.
Die Muffen 24" verhindern eine Berührung des Trägers 13 mit der Konsole 22. Dadurch
wird die Übertragung von Schwingungen des Motors 1ß auf den Rahmen vermieden.
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Das andere Ende eines jeden Querträgers 13 ruht auf einer Schraubenfeder
24 auf, die einen Gummizylinder 25 enthält (Fig.3). Gewöhnlich ist ein geringer
Abstand zwischen dem Träger 13 und dem Gummizylinder 25 vorhanden, Senkrechte Konsolen
26 befinden sich rechts und links von der Schraubenfeder 24. Die Innenseitenwände
der beiden Konsolen 26 sind mit Gummikissen 27 verkleidet, so daß eine Berührung
des Querträgers 13 mit den Konsolen 26 verhindert wird. Durch die Schrauben 29 (Fig.
i) ist eine Kappe 28 an den Konsolen befestigt, wodurch die Gummistoßkissen 27 festgehalten
werden. Zwischen der Kappe 28 und dem Querträger 13 ist eine Schraubenfeder
30 mit einem Gummizylinder 31 angeordnet. Der Gummizylinder 31 berührt die
Kappe 28 nicht.
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An Verlängerungen der Konsolen 22 und 26 sind zu beiden Längsträgern
5 des Gestenrahmens herabhängende Schraubenfedern 32 befestigt (Fig. 2). An ihnen
sind die Schienenbremsen 33 aufgehängt. Sie sind miteinander zu einem Rahmen durch
die Querstücke 34 gemäß Fig. 4 verbunden. In ihrer Längsrichtung sind die Schienenbremsen
33 nach Fig. 2 durch die Metallplatten 35 begrenzt. Sie sind mit Gummikissen 36
hinterlegt, welche an den Platten 37 befestigt sind. Die Platten 37 sind an den
Längsträgern 5 angebracht. Die Schienenbremsen 33 sind von der üblichen Ausführung.
Sie weisen elektrische Spulen auf, welche bei Erregung einen Kern magnetisieren.
Der Kern zieht jede Schienenbremse 33 gegen die Schiene, wodurch ein Bremsen erfolgt.
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Die Wiege 38 hat nach Fig. i zur Aufnahme des nicht dargestellten
Zapfens des Wagenkastens eine Lagerpfanne 39. Die beiden Enden der Wiege
sind als Töpfe 40 mit einem nach unten ragenden Rand 41 ausgebildet. Gemäß Fig.
3 dienen die Töpfe 40 mit ihrem Rand 41 zur Aufnahme der Federn für die Wiege 38.
Eine flache Tragpfanne 42 aus Hartmetall ist im Boden des Topfes 4o angeschweißt
oder sonstwie befestigt. In der Tragpfanne 42 mündet ein Stift 43. Sein Mündungsende
ist abgerundet, damit der Stift relative Schwingbewegungen zur Tragpfanne 42 ausführen
kann. Nahe an seinem Mündungsende weist der Stift 43 eine Schulter auf. Gegen sie
stützt sich eine Federkappe 44 oder ist an ihr befestigt. Die Federkappe
44 hat zwei konzentrische nach unten gerichtete Flanschringe 45. Eine große Schraubenfeder
46 berührt die Federkappe 44 außerhalb ihres Außenflanschringes 45. Ihr anderes
Ende ruht unmittelbar auf dem Längsträger 5. Eine zur Schraubenfeder 46 konzentrische
zweite Schraubenfeder 47 liegt gegen die Federkappe 44 zwischen den beiden Flanschringen
45 an. Ihr anderes Ende stützt sich in der unteren Federkappe 48 ab. An der Federkappe
48 ist eine Schwingleiste 49 angeschweißt, die in die Tragpfanne 5o eingreift. Um
den Stift 43 und innerhalb des inneren Flanschringes 45 ist eine Gummifeder 51 angeordnet.
Sie hat etwas kegelförmige Seitenwände. Ihre kegelförmige Scheitelfläche berührt
die Federkappe 44. Der Fuß der Gummifeder 51 ruht innerhalb des Flanschringes 52d
auf der Federkappe 48. Zur Erhöhung der Nachgiebigkeit der Gununifeder 51 bei senkrechter
Belastung ist die Gummifeder 51 unterhalb des Stiftes 43 ausgehöhlt. Die Gummifeder
51 steht erst unter Belastung, wenn der leere Wagenkasten auf der Wiege 38 aufgesetzt
ist. Rechts und links vom Rand 41 der Töpfe 4o der Wiege 38 sind in Reibberührung
damit Gummipolster 57 in Konsolen
58 angeordnet, die durch die
Deckel 59 abgedeckt sind. Sie leisten sämtlichen senkrechten und seitlichen
Relativbewegungen zwischen dem Rahmengestell und der Wiege 38 Widerstand.
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Bei senkrechter Belastung der Wiege 38 werden die drei Federn 46,
47 und 51 gemeinsam beaufschlagt. Die Gummifeder 51, welche einer Kombination von
Scher-, Biege- und Druckkräften unterworfen wird, hat eine etwas steiler verlaufende
Verformungskurve als die Schraubenfedern 46 und 47. Bei den seitlichen Schwingbewegungen
der Wiege 38 schwingen die Schraubenfedern 47 und die Gummifedern 5i mit ihren Federkappen
44 und 48 aus und verformen sich nicht (Fig.5). Die Schraubenfedern 46 dagegen werden
verformt, weil sie unmittelbar auf den Längsträgern 5 aufruhen, so daß ihre Bodenwindungen
fest liegenbleiben, während ihre oberen Windungen in Seitenrichtung bewegt werden,
weil sich die Tragpfanne 42 mit der Wiege 38 mitbewegt. In Fig. 6 ist die von der
Schraubenfeder 46 bei der größten Seitenbewegung der Wiege 38 eingenommene Lage
dargestellt. Die Federkappen 44 und 48 bleiben zueinander parallel. Die Federn 47
und 51 setzen demnach den Seitenbewegungen der Wiege 38 keinen Widerstand entgegen.
Die Windungen auf der rechten Seite der Feder 46 in der Fig. 6 stehen weiter im
Abstand voneinander als in Fig. 3, während die Windungen auf der linken Seite der
Feder 46 näher zusammenliegen als in Fig.3. Der Widerstand der Federn 46 auf beiden
Seiten des Gestenrahmens gegen diese Verformung stellt die Rückführkraft für die
Wiege 38 dar. Der Widerstand ist wesentlich geringer als der der drei Federn 46,
47 und 51 zusammen gegenüber ihrer senkrechten Verformung. Dadurch kann ein einwandfrei
arbeitendes Drehgestell für Schienenfahrzeuge ohne Schwinglenker mit zwei Sätzen
von Verbundfedern gebaut werden, die praktisch das ganze Federsystem darstellen.
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Die Rückführkraft für die Wiege 38 bei ihren seitlichen Bewegungen
hat einen bestimmten Wert. Entsprechen die eingebauten Federn nicht diesem Wert
und entwickeln sie seitliche Gegenkräfte, die kleiner sind als die gewünschten,
so kann eine Zusatzfeder 52 leicht jedem Federverbundsystem zur Beseitigung dieser
Schwierigkeit zugefügt werden. Gemäß Fig. 4 und 6 liegt die Zusatzfeder 52 konzentrisch
um einen kurzen Stift 53. An seinem oberen Ende ist der Stift mit einer Scheibe
als Federsitz versehen. Die Zusatzfeder 52 mit ihrem Stift befindet sich in dem
Federgehäuse 54. Es ist am Topf 4o der Wiege 38 angeschweißt oder sonstwie befestigt.
Die Zusatzfeder 52 geht mit ihrem Stift 53 durch den Topfboden hindurch. Die Feder
52 steht mit der Federkappe 44 nahe an ihrem Umfang an einer Stelle in Berührung,
die diametral der Achse der Tragpfanne 42 gegenüberliegt.
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An Hand der Fig. 7 wird die Wirkungsweise der Zusatzfeder 52 erläutert.
Die Linien 146 stellen die Stellung der Achsen der beiden Schraubenfedern 46 dar,
wenn sich die Wiege 38 in Ruhe befindet. Bei seitlicher Bewegung der Wiege 38 nehmen
dann die Linien 146 die gestrichelte Lage 146" ein. Die Linien 144 stellen die Federkappen
44 dar. Die Federn 152 entsprechen den Zusatzfedern 52. Die Linie 138 soll die Wiege
38 darstellen. Die Schwingpunkte 143 entsprechen den in den Tragpfannen 42 gelagerten,
abgerundeten Enden der beiden Stifte 43. Die Linie io5 entspricht dem Längsträger
5.
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Es sei angenommen, die Achsen der beiden Schraubenfedern 46 befinden
sich in den Lagen 146 der Fig. 7; die Konstante der beiden Zusatzfedern 152 sei
r und ihre Anfangsverformung (Federweg) sei d. Die Gegenkraft der Zusatzfedern
152 ist dann rd. Liegen die Zusatzfedern z52 in einem Abstand s von den Schwingpunkten
143, so wird durch die Zusatzfedern i52 an jeder Federkappe 144 ein Kraftmoment
yds erzeugt.
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Wird nun gemäß Fig.7 die Wiege 38 um eine Strecke a nach links seitlich
bewegt, so kann das Kraftmoment auf Grund der Verschiebung der senkrechten Gesamtlast
P um die Strecke a in bezug auf die Punkte A, B, wo die Achsen 146 der Schraubenfedern
46 auf den beiden Längsträgern 5 (1o5) enden, durch Pa ausgedrückt werden. Das Kraftmoment
auf Grund der seitlichen Gegenkräfte der Schraubenfedern 46, deren Achsen 146 jetzt
die Stellung 146d einnehmen, ist - 2 FL. F bedeutet die seitliche Gegenkraft
jeder Schraubenfeder 46, und l ist der Abstand zwischen den Schwingpunkten 143 und
der Grundlinie 105.
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Durch die Verlagerung und Drehung der Federkappen 44 (144) verlängert
sich gemäß Fig. 7 die linke Zusatzfeder 52 (152) um die Strecke b, und um den gleichen
Betrag wird die rechte Zusatzfeder 52 (152) zusammengedrückt. Ihre Gegenkräfte ändern
sich also von rd auf r (d - b) bzw. v (d + b). Die Kraftmomente
an den Federkappen 44 (144) ändern sich von rds auf y (d - b) s bzw. y
(d -f- b) s. Diese Kraftmomente entwickeln seitliche Gegenkräfte
und
Die Gesamtsumme der Kraftmomente um die Punkte A und B ist dann
Die Rückführkraft ist
statt
Aus obigem ergibt sich, daß die Rückführkraft um einen Wert
erhöht ist. Die obigen Bezeichnungen haben lineare Werte und sind der Verlagerung
der Wiege 38 proportional. " Wenn nicht nur die seitliche Gegenkraft vergrößert
werden soll, sondern auch das Verhältnis in dem sie bei der seitlichen Verschiebung
steigt, kann der Wert (Konstante) y der Zusatzfeder 52 so gewählt werden, daß er
mit steigender seitlicher Verschiebung größer wird. Es werden dann Federn mit veränderlicher
Steigung benutzt, die härter werden, wenn ein Teil der Windungen bei größer werdender
Verformung starr wird.