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Schienenfahrzeug, insbesondere Lokomotive mit zwei oder mehreren Drehgestellen
Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug, insbesondere Lokomotive mit zwei oder mehreren Drehgestellen, welche je ein vorzugsweise zugbeanspruchtes Tiefanlenkgestänge besitzen, das mit dem einen Ende am Drehgestell, mit dem andern Ende am Wagen- bzw. am Lokomotivkasten angreift.
Die bekannten Tiefanlenkungen benützen zur übertragung der Zugkraft ein vom Wagen- bzw.
Lokomotivkasten schräg nach unten gerichtetes und am Drehgestell angreifendes Gestänge, das entweder zug- oder druckbeansprucht ist. Solche Gestänge können zu beiden Seiten der Drehgestelle aussenliegend angeordnet sein, jedoch wird meist der Einfachheit wegen ein zugbeanspruchtes innenliegendes Gestänge in Längsrichtung eines Drehgestelles in dessen Mitte vorgezogen, um einen unnötigen Aufwand zu vermeiden und an Gewicht zu sparen.
Bei Lokomotiven mit Drehgestellen herkömmlicher Bauart werden im allgemeinen die Zug- und Bremskräfte durch den Drehzapfen vom Drehgestell auf den Lokomotivkasten übertragen. Entsprechend der normalen konstruktiven Gestaltung dieses Drehzapfens liegt demnach die Zug- und Bremskraftübertragung zwischen dem Drehgestell und dem Lokomotivkasten verhältnismässig hoch über der Schienenoberkante, so dass bei der Traktion von schweren Zügen die Achsentlastung einen fühlbaren Nachteil darstelt. Dieser Effekt bringt mit sich, dass das Anfahren auf Steilrampen bei schlechten Haftverhältnissen zwischen Rad und Schiene besonders schwierig ist. Aus diesen Gründen wurden Konstruktionen für die Tiefanlenkung am Drehgestell entwickelt, mit dem Ziel, den Kraftübertragungspunkt zwischen dem Drehgestell und dem Lokomotivkasten auf die Höhe der Schienenoberkante zu bringen.
Die Übertragung der Zugkraft durch einen Drehzapfen wurde somit hinfällig, und es haben aus diesem Grunde alle Lokomotiven mit einer Tiefanlenkung drehzapfenlose Drehgestelle. Diese drehzapfenlosen Drehgestelle stellen zwar Sonderkonstruktionen dar, die wohl keinen grösseren Herstellungsaufwand erfordern müssen, jedoch erfahrungsgemäss durchwegs schlechte und zum Teil sehr schlechte Laufeigenschaften aufweisen.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Konstruktion vorzuschlagen, die es erlaubt, ein gut laufendes Drehzapfendrehgestell mit einer Tiefanlenkung auszurüsten.
Gemäss der Erfindung wird dieser Gedanke dadurch verwirklicht, dass jedes Drehgestell in an sich bekannter Weise durch Federgruppen an dem vom Wagen- bzw. Lokomotivkasten unterseitig abstehenden Drehzapfen mindestens in der Zugrichtung abgestützt ist und der ideelle Angriffspunkt des Zuggestänges unter der Schienenoberkante liegt, so dass der Anteil der durch den in Längsrichtung elastisch abgestützten Drehzapfen übertragenen Zugkraft mit dem durch das in an sich bekannter Weise elastisch gelagerte Tiefanlenkgestänge übertragenen Zugkraftanteil eine Zugkraftresultierende ergibt, die auf oder in der Nähe der Schienenoberkante zu liegen kommt. Dadurch ist es möglich, bei Schienenfahrzeugen mit Tiefanlenkung einen Drehzapfen zu verwenden, so dass die guten Laufeigenschaften der Drehgestelle mit Drehzapfen erhalten bleiben.
In Fig. l ist dargestellt, dass bei einem drehzapfenlosen Drehgestell die Zugkraft vom Drehgestell auf den Kasten über ein schräg liegendes Gestänge übertragen wird, wobei der im Bild linke Stab
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- auf Zug, der im Bild rechte Stab-S-auf Druck beansprucht wird, wenn in der angegebenen Richtung --5-- gefahren wird. Die Verlängerungen der beiden Stäbe schneiden sich auf der Schienenoberkante. Setzt man die in den Stäben--S-wirkenden Kräfte zusammen, ergibt sich die Resultierende-R-in gleicher Grösse, jedoch entgegengesetzt gerichtet, wie die beiden unter den Rädern entwickelten Zugkräfte-Z-und fallen mit deren Wirkungslinie zusammen, so dass dadurch keine Achsentlastung eintritt.
Wird nun ein derartiges Gestell durch einen Drehzapfen geführt, so soll entsprechend dem Erfindungsgedanken durch ihn nur ein gewisser Anteil der Zugkraft gehen, der gross genug ist, um das Drehgestell im Spurkanal lauftechnisch einwandfrei zu führen. Der verbleibende Zugkraftanteil jedoch soll durch eine Tiefanlenkvorrichtung übertragen werden. Jenen Zugkraftanteil, der über den Drehzapfen in den Oberkasten geführt wird, kann man durch ein federndes Glied bemessen und exakt dosieren.
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Ein mit einem Drehzapfen ausgestattetes Drehgestell hat erfahrungsgemäss, wie schon erwähnt, bessere Laufeigenschaften ; darüber hinaus kann man aber bereits bestehende, mit einem Drehzapfen ausgestattete Drehgestelle durch Einbau eines in Längsrichtung elastischen Drehzapfens umrüsten und ein Tiefanlenkgestänge zur gesteigerten Ausnützung der Zugkräfte anbringen.
Bei einem Schienenfahrzeug, bei dem der Drehzapfen jedes Drehgestelles zwischen zwei vorgespannten Federgruppen angeordnet ist, können in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die
Federgruppen in sich vorgespannt sein, so dass bei auftretenden, die Vorspannung der jeweiligen Federn überschreitenden Längskräften zwischen Drehgestell und Drehzapfen nur jeweils diese Feder in Wirkung tritt.
Ein Schienenfahrzeug, bei dem der Drehzapfen in eine Konsole eingreift, die durch vorgespannte Federn am Drehgestellrahmen in Zugrichtung abgestützt ist, wobei die äusseren Federenden in Widerlagerplatten gefasst sind, die quer zur Zugrichtung gegenüber dem Drehgestellrahmen beweglich sind, kann erfindungsgemäss dadurch weiter ausgebildet werden, dass die den Drehzapfen umfassende Konsole einen grösseren Bewegungsbereich in der Querrichtung des Drehgestelles besitzt, als die die äusseren Federenden fassenden Widerlagerplatten, damit durch die zusätzliche Inanspruchnahme der Quersteifigkeit der Federn der Endanschlag der Konsole bei grösseren Rückstellkräften erfolgt.
Schliesslich kann ein Schienenfahrzeug mit einem aus zwei durch ein Gelenk miteinander verbundenen, einen stumpfen Winkel einschliessenden Gestängegliedern bestehenden Tiefanlenkgestänge, das die Lagerkonsole des Wagens-bzw. Lokomotivkastens mit dem Drehgestell verbindet, wobei das eine der beiden Gestängeglieder am Drehgestell unten angreift und nahe dem Gelenk abgestützt ist, erfindungsgemäss so ausgebildet sein, dass das am Wagen- bzw. Lokomotivkasten angreifende Gestängeglied in an sich bekannter Weise zugelastisch gelagert ist.
Aus den Zeichnungen ist in Fig. l die schematische Darstellung eines drehzapfenlosen Drehgestelles mit der bekannten Tiefanlenkung ersichtlich, das durch ein auf Zug und Druck beanspruchbares Lenkergestänge mit dem Lokomotivkasten verbunden ist. Die Fig. 2 stellt demgegenüber die erfindungsgemässe Lösung der Tiefanlenkung mit einem durch einen Drehzapfen mit dem Lokomotivkasten verbundenen Drehgestell dar. In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines Drehgestelles mit Drehzapfen und elastischen vorgespannten Zwischengliedern im Grundriss bei quergeschnittenem Drehzapfen veranschaulicht. Die Fig. 4 zeigt das dazugehörige Kraft-Weg-Schaubild. Ein anderes Ausführungsbeispiel des elastischen Zwischengliedes in Form eines vorbestimmten Kraftquantums ist in Fig. 5 bei im Querschnitt dargestellem Drehzapfen veranschaulicht. Die Fig. 6 zeigt das dazugehörige Kraft-Weg- Schaubild.
Schliesslich ist in Fig. 7 ein im Sinne der Erfindung gebautes Drehgestell mit Drehzapfen und Tiefanlenkung in Seitenansicht dargestellt.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäss ausgebildeten Drehgestelles mit Drehzapfen und elastischen Zwischengliedern im Grundriss. In der Grundrissmitte des Drehgestellrahmens -"-1-- ist ein in Gummi--6--oder elastischem Kunststoff gebetteter Drehzapfen--7--gelagert, der von der Unterseite des Wagen- oder Lokomotivkastens absteht und von einer Konsole --8-- umfasst wird.
Diese Konsole --8-- bietet auf ihren beiden zur
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Zapfenachse parallel liegenden, aber entgegengesetzten Seiten Stützflächen für Schraubenfedern - -9, 10--, die sich mit den äusseren Enden auf Widerlagerplatten-11, 12- abstützen, welche sich mit ihren Reibflächen-13 bzw. 14-- an Gegendruckflächen --15 bzw. 16-des
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10-Federngruppen-9, 10- angeordnet und werden im Ausmass der Differenzkräfte Zugkräfte auf den Wagen- bzw. Lokomotivkasten übertragen. Zum Abfangen der Querausschläge des Wagen- bzw.
Lokomotivkastens ist der Drehzapfen --7-- des Wagen- bzw. Lokomotivkastens samt seiner Konsole - 8-den Federn-9, 10- und den Widerlagerplatten--11, 12-- innerhalb des Drehgestellrahmens relativ zu diesem quer zur Zugrichtung nach entgegengesetzten Richtungen
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12-- 17 bzw. 18-des Drehgestellrahmens--1--und erst im weiteren Verlauf eines starken Querausschlages stösst die Konsole --8-- mit ihren Endanschlägen --8'-- bei Aufbrauch der
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stärkeres Ansteigen der Rückstellkräfte in bezug auf die Querabfederung des Oberkastens erreicht.
Die zwischen der Konsole --8-- und den beiden Widerlagerplatten-11 und 12-angeordneten Federn-9 und 10-sind vorgespannt. Diese Vorspannung kann auf zweierlei Arten erreicht werden. Nach der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist die Vorspannung der Federn so gewählt, dass die vorgespannten Federn--9, 10-- im Masse der Diffenzkräfte, welche durch die Grösse der Federsteifigkeiten grösser oder kleiner gewählt werden können, Zugkräfte auf den Wagen- oder Lokomotivkasten übertragen. Diese Art der elastischen Abstützung des Drehzapfens bewirkt den in
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4- gegenüber dem Drehgestell sind die Federn-9, 10- auf ein vorbestimmtes Kraftquantum vorgespannt, welche die Aufgabe haben, mindestens Zugkräfte dieser Grösse über den Drehzapfen --7-- auf den Wagen- bzw.
Lokomotivkasten zu übertragen. Dieses vorbestimmte Kraftquantum wird
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Lasche, z. B.--22-, in einem Langschlitz--25--in Laschenlängsrichtung beweglichen Verbindungsbolzen --24-- bei einer vorbestimmten Federspannung zusammengespannt sind.
Im erstbesprochenen Fall (Fig. 3 und 4) wird z. B. das Federpaket --10-- in dem Masse entlastet, in dem das Federpaket --9-- gespannt wird. Im zweiten Fall (Fig. 5, 6) wird nur ein Federpaket, entweder-9 oder 10--, belastet, so dass sich die übertragene Zugkraft nicht aus den Differenzkräften ableitet, sondern direkt von der Steifigkeit der Federpakete-9, 10- und der Vorspannung Pv entsprechend Fig. 6.
Bei an einem Drehzapfen elastisch abgestütztem Drehgestell kann ein Tiefanlenkgestänge zur gesteigerten Ausnützung der Zugkräfte angebracht werden. Man geht analog vor, wenn das Tiefanlenkgestänge nicht zug- und druck beansprucht, sondern nur zugbeansprucht ist. Es lässt sich beweisen, dass zwischen diesen beiden Tiefanlenkvorrichtungstypen in ihrer Wirkungsweise bis zum Zughaken kein Unterschied besteht. Man gibt dem lediglich zugbeanspruchten Gestänge, wie schon gesagt, deshalb den Vorzug, weil es sich vorteilhafterweise mit geringerem Aufwand herstellen und vor allem leichter ausbilden lässt.
Da die Motoren --33-- von Elektrolokomotiven oft so ausgebildet sind, dass sie den Raum bis knapp über der Schienenoberkante verbauen, ist es meist notwendig, die Tiefanlenkung in bekannter Weise abzuwinkein.
Ein Ausführungsbeispiel wird durch die Fig. 7 veranschaulicht. Andernfalls kann meistens ohne Verletzung des Lichtraumprofiles der Schnittpunkt 0 nicht auf oder unter die Schienenoberkante gebracht werden. Die Einhaltung der Bedingung, den Schnittpunkt 0 unter die Schienenoberkante zu
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z. B. aus zwei Gliederstäben-26, 27--. Der Gliederstab-26-ist mit der Konsole-34verbunden, die ihrerseits ein fester Bestandteil des Drehgestellrahmens--l--ist. Der Gliederstab - ist so lang, dass sich sein vorderes Ende über eine Rolle-29--, z. B. in einem U-Träger
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- abstützen kann, der z.
B. auf den Motorkonsolen-30-des Elektromotors-33- gelagert ist und ein Langloch im Steg für den Durchtritt des Gliederstabes-26-besitzt. Dadurch ist es möglich, dass der Gliederstab-27-jene Neigung erhält, die notwendig ist, um die Zugkraftübertragung auf die Höhe der Schienenoberkante zu bekommen bzw. etwas darunter. Die am vorderen Ende des Gliederstabes-26-angebrachte Rolle-29-ist deshalb notwendig, weil in der Kurve die Längsachse des Drehgestelles--l--mit der Richtung der Zugkraftübertragung nicht
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verschleissfreiehin- und hergehende Gliederstab-26-sich am besten über eine Rolle --29-- nach oben abstützt.
Wird keine Zugkraft über das Gestänge --26, 27-- geführt, liegt der Gliederstab-26-am unteren Flansch des U-Trägers --35-- auf. Der Gliederstab--27--verbindet das vordere Ende des Gliederstabes-26-mit dem Lokomotivkasten-2--. Die Anlenkung ist dadurch elastisch. dass der Gliederstab-27-vorzugsweise über eine Gummifeder --31-- mit der Lagerkonsole-32-des Lokomotivkastens --2-- verbunden ist, wobei die im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 8 gezeigte Art der Verwendung der Gummifeder --31-- eine Druckbeanspruchung der Tiefanlenkung ausschliesst.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schienenfahrzeug, insbesondere Lokomotive mit zwei oder mehreren Drehgestellen, welche je ein vorzugsweise zugbeanspruchtes Tiefanlenkgestänge besitzen, das mit dem einen Ende am Drehgestell, mit dem andern Ende am Wagen- bzw. Lokomotivkasten angreift, d a d u r c h g e k e n n - zeichnet, dass jedes Drehgestell (1) in an sich bekannter Weise durch Federgruppen (9, 10) an dem vom Wagen- bzw.
Lokomotivkasten (2) unterseitig abstehenden Drehzapfen (7) mindestens in der Zugrichtung abgestützt ist und der ideelle Angriffspunkt des Zuggestänges (26 bis 31) unter der Schienenoberkante liegt, so dass der Anteil der durch den in Längsrichtung elastisch abgestützten Drehzapfen (7) übertragenen Zugkraft mit dem durch das in an sich bekannter Weise elastisch gelagerte Tiefanlenkgestänge (26 bis 31) übertragenen Zugkraftanteil eine Zugkraftresultierende ergibt, die auf oder in der Nähe der Schienenoberkante zu liegen kommt.
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