CH671195A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit in Gleisbogen sich selbst steuernden Radsätzen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

In diesem Zusammenhang können zwei Arten von Schienenfahrzeugen unterschieden werden. Bei der ersten Art ist der Fahrzeugkörper unmittelbar auf Radsätzen abgestützt, von denen jeder ein Paar fest auf einer gemeinsamen Achse sitzende Räder aufweist. Bei der anderen Art ist der Fahrzeugkörper gelenkig auf Drehgestellen abgestützt, die ihrerseits direkt auf Radsätzen abgestützt sind.

In den vorliegenden Ansprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung ist demnach unter dem Begriff «Schienenfahrzeug» eine Eisenbahneinheit mit einem Rahmen zu verstehen, der auf einer Mehrzahl von Radsätzen abgestützt ist. Demnach kann das Schienenfahrzeug ein Drehgestell sein oder ein Wagen, wobei dann im Falle eines Wagens der Rahmen durch den Wagenkörper gebildet ist und im Falle eines Drehgestelles der Rahmen durch den Drehgestellrahmen.

Solche Schienenfahrzeuge sind beispielsweise aus den US-PS 4 067 261 und 4 067 262 bekannt und verkehren in grosser Zahl auf den Eisenbahnnetzen von Südafrika und anderswo auf der Welt. Diese Schienenfahrzeuge verlassen sich auf Rad-Fahrflächen mit einer ausgeprägten wirksamen Konizität und einer Federaufhängung die bezüglich Taumeloder Lenkbewegungen weich ist, so dass die Radfahrflächen eine Selbststeuerung bewirken.

In der US-PS 4 067 261 sind die mit 24 bezeichneten Federelemente ausreichend weich, um eine Auslenkung des Radsatzes inbezug auf den Rahmen oder den Wagenkörper zu ermöglichen, aber diese Federung würde übermässig ausgelenkt oder beansprucht, wenn sie Längskräften ausgesetzt wird, die zwischen dem Radsatz und dem Rahmen auftreten. In den Fig. 3 und 4 der genannten US-PS 4 067 261 sind Längsholme 38 bzw. 50 dargestellt, die die Mitte des Radsatzes an den Rahmen kuppeln.

Durch diese Längsholme können Zugkräfte übertragen werden, ohne die Lenkbewegungen der Achse zu hemmen. Die zwei in den genannten Fig. 3 und 4 gezeigten Bauweisen verlangen indessen die Anordnung eines Lagers auf der Höhe der Lenkachse des Radsatzes, was den Raum einnimmt, der normalerweise für Antriebseinrichtungen in einem motorisierten Drehgestell benötigt wird. Ausserdem sind die Längsholme nicht geeignet, Druckbelastungen aufzunehmen, falls diese Belastungen in einer nicht mit der Längsachse der Längsholme zusammenfallenden Richtung auftreten, denn mit Kraftkomponenten die rechtwinklig zu dieser Längsachse stehen, geht das Risiko einher, dass der ganze Mechanismus ausfällt. Ausserdem hat die Vertikalbewegung und die seitliche Bewegung des Radsatzes inbezug auf den Rahmen eine Veränderung des Achsabstandes zur Folge, was zu dynamischen Interferenzen führt.

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In der US-PS 4 480 553 ist vorgeschlagen worden, an den Seiten des Fahrzeuges einen Satz Verbindungselemente hinzuzufügen, welche, zusammen mit Querstreben, verhindern, dass die Radsätze sich inbezug auf den Rahmen längs bewegen. Diese Verbindungselemente können so orientiert sein, dass eine freie Relativbewegung zwischen den Radsätzen und dem Rahmen entweder in Vertikalebenen oder in seitlichen Ebenen möglich ist. Wenn beispielsweise die Orientierung so gewählt wird, dass eine freie Relativbewegung nach der Seite hin möglich ist, werden diese Verbindungselemente bei einer vertikalen Relativbewegung der Radsätze inbezug auf den Rahmen eine Veränderung des Achsabstandes zur Folge haben, was zu dynamischen Interferenzen führt. Wegen dieser Beschränkung ist die praktische Anwendung der US-PS 4 480 553 auf Fahrzeuge beschränkt geblieben, deren Aufhängung der Achslagerkästen in Vertikalrichtung vergleichsweise steif ist.

In der US-PS 4 067 261 ist eine Aufhängung der Achslagerkästen vorgesehen, die eine vertikale Auslenkung an den Achslagerkästen zulässt und daher das Selbststeuerungsprinzip bei starrem Rahmen zulässt, die deswegen zwingend einer Primäraufhängung bedürfen. In Fig. 14 dieser US-PS ist eine solche Anwendung dargestellt, die jedoch nie benützt wurde, und zwar wegen ihrer Kompliziertheit und der Schwierigkeit, die Steifheit des Radsatzes bezüglich Lenkbewegungen in der Praxis vorauszusagen.

Es wäre daher von Vorteil, einen Mechanismus zu schaffen, bei dem Verbindungsmittel zwischen den Achslagerkästen der Radsätze und dem Rahmen so ausgebildet sind,

dass eine Längsbewegung der Lenkachse jedes Radsatzes inbezug auf den Rahmen verhindert, jedoch eine vertikale und seitliche Bewegung der Radsätze inbezug auf den Rahmen und ebenso deren Lenkbewegung zulässt, wodurch ein Selbststeuern der Fahrzeuge auf gekrümmten Geleisen ermöglicht ist. Der Mechanismus sollte die Steifheit der Achse bezüglich Lenkbewegungen im Eisenbahnbetrieb ermöglichen und zugleich ausreichend Raum freilassen, um, wenn nötig, einen herkömmlichen Antrieb unterzubringen.

Zu diesem Zweck weist das gemäss der Erfindung vorgeschlagene Schienenfahrzeug die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale auf.

Die Mittel, um die Achslagerkästen am Rahmen aufzuhängen, können Federn sein, die eine ziemlich grosse Vertikalbewegung zulassen, oder sie können Scherkissen sein, die nur eine vergleichsweise geringe Vertikalbewegung zulassen.

Merkmale bevorzugter Ausführungsformen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.

Nachstehend ist die Erfindung rein beispielsweise anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 in perspektivischer und sehr schematischer Darstellung Teile eines Fahrzeuges gemäss der Erfindung,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Drehgestelles, in dem der Mechanismus der Fig. 1 verwirklicht ist,

Fig. 3 eine Ansicht einer Kugelgelenk-Verbindung, Fig. 4—6 perspektivische und schematische Darstellungen von Ausführungsvarianten,

Fig. 7 schemtisch eine Federabstützung, die für die Aus-führungsformen der Fig. 1 und 4 bis 6 geeignet ist,

Fig. 8 u. 9 Federabstützungen, die ebenfalls für die Ausführungsformen der Fig. 1 und 4 bis 6 geeignet sind, und

Fig. 10—12 Federabstützungen, die für die Ausführungs-formen der Fig. 1 und 4 bis 6 geeignet sind.

In den Fig. 1, 2 und 3 ist eine erste Ausführungsform dargestellt. Fig. 1 ist eher schematisch und der Klarheit wegen sind keine Räder dargestellt. Auch der Rahmen 9 (Fig. 2) erscheint nicht vollständig in Fig. 1, doch sind Lageraugen 13 und 14 sowie ein Schwenkzapfen 15 Bestandteile des in Fig. 2 erscheinenden Rahmens 9. Es ist eine Achse

10 mit Achslagerkästen 11 und 12 dargestellt. An jedem Achslagerkasten 11. 12 ist ein Paar von einander diametral gegenüberliegenden Armen 16.17 verankert. Verbindungsglieder 19. 20, 21 und 22 gehen von Kugelgelenken 23. 25. 26 bzw. 24 aus. Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist. erstrecken sich die Verbindungsglieder 19.20 gegen das Ende des Fahrzeuges, während sich die Verbindungsglieder 21 und 22 gegen die Mitte des Fahrzeuges erstrecken. Die Verbindungsglieder 21 und 22 sind mit ihren anderen Enden über Kugelgelenke 27 und 28 an den Lageraugen 13 bzw. 14 angelenkt. Die Verbindungsglieder 19 und 20 sind über Kugelgelenke 29. 30 an einen um den Zapfen 15 verschwenkbaren Balken 18 angelenkt.

In Fig. 1 ist eine Lenkachse mit 32 bezeichnet. In Fig. 2 ist ausserdem gezeigt, dass der Rahmen 9 auf Gummi-Federelementen 8 aufruht. Diese Federelemente 8 sind so gewählt, dass die Achse 10 in Kurven um die Lenkachse 32 Lenkbewegungen im Sinne des Pfeiles A ausführen kann, so dass sie selbststeuernd ist. Auch kann sich die Achse 10 auf und ab inbezug auf den Rahmen 9 in Richtung des Pfeiles B bewegen. Schliesslich kann sich die Achse 10 seitlich in Richtung des Pfeiles C bewegen.

Wenn die Achse 10 sich in Richtung der Pfeile C oder B bewegt, bewegt sich die Achse seitlich bzw. vertikal inbezug auf die Kugelgelenke 27,28, 29, 30, doch bleibt die Lenkachse 32 in Längsrichtung fest inbezug auf den Rahmen 9.

Wenn das aus den Armen 16 und 17 bestehende Element sich inbezug auf den Rahmen bewegt, beschreibt das Ende des Armes 16 einen Bogen um das Kugelgelenk 29 und das Gelenk 24 am Ende des Armes 17 einen Bogen um das Gelenk 27. Da die Krümmung dieser Bogen entgegengesetzt ist, ergibt sich eine gegenseitige Kompensation der Abweichung von einer geradlinigen Bewegung.

Ein Lenkausschlag der Achse 10 veranlasst die Verbindungsglieder 19 und 20 sich gegensinnig in Längsrichtung zu bewegen, so dass der Balken um den Zapfen 15 verschwenkt wird. Da aber die Gelenke 24 und 26 in Längsrichtung fest an den Rahmen gekoppelt sind, werden die Achslagerkästen

11 und 12 gezwungen, sich um die Gelenke 24 und 26 zu verschwenken. Die Achse 10 kann somit sich im Sinne des Pfeiles A um die Lenkachse 32 verdrehen, die in Längsrichtung aber fixiert bleibt.

Die Lenkachse 32 ist an einer Längsbewegung inbezug auf den Rahmen 9 gehindert, weil eine solche Bewegung eine gleichsinnige Längsbewegung der Verbindungsglieder 19 und 20 erfordern würde. Solchen gleichsinnigen Längsbewegungen steht aber die Biegefestigkeit des Balkens 18 entgegen.

In Fig. 4 ist eine Anordnung von Verbindungsgliedern gezeigt, die denselben Zweck wie die Anordnung der Fig. 1 erfüllen. In diesem Falle sind die Verbindungsglieder 19 und 20 über die Kugelgelenke 29 und 30 an fest am Rahmen 9 verankerten Lageraugen 33, 34 angelenkt. Die Verbindungsglieder 21 und 22 sind über die Kugelgelenke 27 und 28 an Winkelhebel 37 bzw. 38 angelenkt. Die Letzteren sind an Lageraugen 35 bzw. 36 angelenkt, die fest am Rahmen ausgebildet sind. Eine Strebe 39 koppelt die Winkelhebel 37 und 38 aneinander.

In diesem Falle wird die Lenkachse 32 deshalb an einer Längsbewegung inbezug auf den Rahmen 9 gehindert, weil eine Zug- oder Druckbeanspruchung der Strebe 39 eine gegensinnige Verschwenkung der Winkelhebel 37 und 38 verhindert.

Gemäss Fig. 5 sind auch die Verbindungsglieder 19 und 20 über die Kugelgelenke 29, 30 an Winkelhebeln 40 und 41 angelenkt, die an fest mit dem Rahmen verbundenen Lageraugen 43 und 44 schwenkbar angelenkt und miteinander durch eine Strebe 42 verbunden sind.

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Die Balkenkonstruktion der Fig. 1 ist zu der Winkelhebel Streben-Konstruktion äquivalent und die beiden Konstruktionen könnten auf der einen oder auf beiden Seiten jeder Achse je nach Bedarf vorgesehen sein.

Eine weitere äquivalente Bauweise ist in Fig. 6 dargestellt. Hier sind die Verbindungsglieder 21 und 22 wie in Fig. 1 verbunden, doch an entgegengesetzten Armen 16 bzw. 17. wie dargestellt. Die Verbindungsglieder 19, 20 sind jeweils an den anderen Armen 16,17 angelenkt und enden über die Kugelgelenke 29 und 30 an den Enden von Hebelarmen 53 bzw. 54. Diese Hebelarme stehen in entgegengesetzten Richtungen radial von den Enden eines Torsionsstabes 55 ab. der bei 58 und 59 durch am Rahmen befestigte Bügel 56, 57 gehaltert ist. In diesem Falle wird die Lenkachse 32 deswegen an einer Längsbewegung inbezug auf den Rahmen gehindert, weil eine solche Bewegung eine gegensinnige Verdrehung der Hebelarme 53, 54 erfordern würde. Einer solchen gegensinnigen Verdrehung wiedersteht aber der Torsionsstab 55.

Die Fig. 7 zeigt eine Form der Achslagerkästen, die zusammen mit den Ausführungsformen der Fig. 1 und 4 bis 6 benützt werden kann.

Der Achslagerkasten 11 ist mit einem kreuzförmigen Zubehör versehen, an dem sowohl die Arme 16 und 17 als auch zwei waagrecht sich erstreckende Arme 45 ausgebildet sind, die als Widerlager für Federn 46 dienen, an denen der Rahmen 19 aufgehängt ist.

Gemäss Fig. 8 ist eine Federabstützung 47 auf einer Achse 77 abgestützt, die durch Abkröpfung des Verbindungsgliedes 22 entstanden ist. Auf der gegenüberliegenden Seite ist das hier nicht gezeigte Verbindungsglied 21 auf analoge Weise abgekröpft und trägt ebenfalls eine Federabstützung 47. Die Achse 77 führt durch eine Bohrung 48 in der Federabstützung 47.

Die Peridelwirkung des Achslagerkastens 11 auf die Achse 77 erzeugt eine Lenksteifheit am Achslagerkasten. Diese

Steifheit kann durch Veränderung der Abstände der Gelenke 23 und 24 von der Mitte der Achse 11, der Steigung der Federn 46 relativ zur Mitte der Achse 10, des Radius der Achse 77 und der Bohrung 48 sowie der Härte und der Höhe der Federn 46 verändert werden.

Die Fig. 10 und 11 zeigen Federabstützungen, die Verbindungselemente ersetzen, beispielsweise die Verbindungselemente 22 und 21.

In Fig. 10 ist die Federabstützung mit der Ziffer 50 bezeichnet. Sie ist über einen Stift 77 in der Bohrung 48 am Arm 17 angelenkt und über einen Stift 27 in einer elastischen Buchse am Rahmen. Die Pendelwirkung des Stiftes 77 bezüglich der Mitte der Achse 10 sorgt für die Lenksteifheit des Radsatzes. Eine Veränderung der Abstände des Gelenkes 23 und des Stiftes von der Mitte der Achse sowie der Radien des Stiftes 77 und der Bohrung 48 können vorgenommen werden, um das Optimum der Lenksteifheit zu erreichen.

In Fig. 11 sind die Verbindungsglieder 19 und 20 der Fig. 4 durch Federabstützungen 51 ersetzt. Die Kugelgelenke 23 und 24 sind durch kugelige, verwindungssteife Gummikissen 52 ersetzt. Auf den Federabstützungen 51 sind die Federn 49 abgestützt. Die Höhe zwischen den Gummikissen und der Mitte der Achse 10 bestimmt die negative Lenksteifheit des Radsatzes. Die Härte des Kissens 52 bestimmt dagegen die positive Lenksteifheit des Radsatzes. Durch Veränderung dieser beiden Parameter kann eine geeignete Lenksteifheit erzielt werden.

In Fig. 12 ist eine Federabstützung 70 drehbar um den Achslagerkasten 12 gelagert. Im Gegensatz zu Fig. 7 bleibt die Federabstützung 70 horizontal, so dass die Federn vertikal eingedrückt werden, wie dies in Fig. 8 bei einer Lenkbewegung geschieht. Die Anordnung gemäss Fig. 12 kann auf die Ausführungsformen der Fig. 1 und 4 bis 6 und auf eine deren Kombinationen angewendet werden.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

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1. Schienenfahrzeug mit einem Rahmen (9) und mit einer Mehrzahl von in Gleisbogen sich selbst steuernden Radsätzen, die je aus zwei fest auf einer gemeinsamen Achse (10) sitzenden Rädern bestehen, sowie mit Achslagerkästen (11, 12) an den Enden jedes Radsatzes, in denen dieser drehbar gelagert ist, sowie mit federnden Mitteln (8), mit welchen die Achslagerkästen (11,12) so am Rahmen (9) aufgehängt sind, dass jeder Radsatz um eine Lenkachse (32) auslenkbar und inbezug auf den Rahmen (9) seitlich und lotrecht bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die die Bewegung der Lenkachse (32) jedes der Radsätze in Längsrichtung des Rahmens (9) verhindern, wobei diese Mittel ein Paar einander diametral gegenüberliegende Hebelarme (16,17) an jedem der Achslagerkästen (11,12) aufweisen, sowie Verbindungsglieder (19,22; 20; 21), die sich zu beiden Seiten der vertikalen Axialebene durch die Achse (10) erstrecken, und die die Hebelarme (16,17) an jedem der ' Achslagerkästen (11,12) gelenkig mit dem Rahmen (9) verbinden und ein am Rahmen (9) abgestütztes Gestänge (18) auf der einen Seite der vertikalen Axialebene, das die auf gegenüberliegenden Seiten des Rahmens (9) angeordneten Verbindungsglieder (19,20) gelenkig miteinander verbindet, so dass die Lenkachse (32) des Radsatzes daran gehindert ist, sich inbezug auf den Rahmen (9) in Längsrichtung zu bewegen, ohne die Auslenkung und die seitliche, sowie die lotrechte Bewegung des Radsatzes zu behindern.

2. Schienenfahrzeug nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Verbindungsglieder (19,22; 20; 21) an seinen Enden mit Gelenken (23,29; 24, 27; 25, 30; 26, 28) versehen ist, die eine Winkelbewegung in irgend einer Ebene gestatten.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Schienenfahrzeug nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die Winkelbewegung in irgend einer Ebene gestattenden Gelenke (23,29; 24,27; 25, 30; 26, 28) Kugelgelenke sind.

4. Schienenfahrzeug nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestänge einen Balken (18) aufweist, der sich von der einen zu der anderen Seite des Rahmens (9) erstreckt und mit diesem dadurch verbunden ist, dass er in seiner Mitte (15) am Rahmen (9) angelenkt ist.

5. Schienenfahrzeug nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestänge zumindest ein Paar Winkelhebel (37,40, 35,41) aufweist, die in ihrer Mitte am Rahmen (9) mit dem einen ihrer Enden an einem der Verbindungsglieder (19,22; 20,21) und mit ihrem anderen Ende an einer Strebe (39,42) angelenkt sind, die sich quer zum Rahmen (9) zwischen den Winkelhebeln (35,37; 40,41) erstreckt.

6. Schienenfahrzeug nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestänge einen in Bügeln (58, 59) am Rahmen (9) befestigten Torsionsstab (55) aufweist, an dessen Enden in radial entgegengesetzter Richtung abstehende Hebel (53, 54) sitzen, wobei das zweite Ende zweier Verbindungsglieder (19,20) je mit dem Ende eines der genannten Hebel (53, 54) verbunden ist.

7. Schienenfahrzeug nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jene Verbindungsglieder, die sich unmittelbar zwischen den Radkästen (11,12) und dem Rahmen (9) erstrecken, als Abstützung für Federn (46) ausgebildet sind.

8. Schienenfahrzeug nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die als Abstützung für Federn ausgebildeten Verbindungsglieder (51) über Gummipolster (52) mit den Achslagerkästen (11,12) verbunden sind.

9. Schienenfahrzeug nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Paar horizontal sich erstreckende, mit den Achslagerkasten (11, 12) feste Ausleger (45) vorgesehen ist, die als Auflager für Federn (46) ausgebildet sind.

10. Schienenfahrzeug nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Paar Arme (70) drehbar am Ende der Achse (10) jedes Radsatzes vorgesehen ist, welche Arme (70) sich im Betrieb horizontal erstrek-ken und als Auflager für Federn dienen.

11. Schienenfahrzeug nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jene Verbindungsglieder (22), die sich zwischen dem Achslagerkasten (11,12) und dem Rahmen (9) erstrecken, abgewinkelt sind, um einen Schaft (77) zu bilden, auf dem eine Federabstützung (47) frei drehbar montiert ist.