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Lenkräder für Sehienenfahrzeuge.
Die Erfindung besteht darin, schwenkbare Räder durch Kurven derart verstellen zu lassen, dass der senkrechte Abstand zwischen den beiden Laufkreisebenen der Räder, nämlich die Spurweite, eines und desselben Lenkgestelles konstant bleibt, während der Abstand der virtuellen Radschwenkachsen voneinander in Funktion des Aussehlagwinkels zunimmt.
Eine virtuelle Radschwenkachse ist, geometrisch betrachtet, die im Berührungspunkt zwischen Rad und Schiene auf dieser errichtet Senkrechte, die als Schwenkachse für das ausschlagende Rad dient. Die beiden virtuellen Schwenkachsen wandern nach der Erfindung beim Ausschwenken der Räder in einer durch sie bestimmten, das Lenkgestell symmetrisch teilenden Ebene abhängig vom Aussehlag- winkel auseinander. In der jeweiligen Ausschlagstellung der Räder bilden die Stellungen der Radschwenkachsen also den geometrischen Ort, in dem sich die Laufkreisebenen der Räder mit der senkrechten Symmetrieebene längs durch das Lenkgestell, also quer zum Wagen, schneiden.
Dazu werden die schwenkbaren Räder in zwangläufiger Abhängigkeit voneinander durch ein kinematisches Getriebe gegen die Wirkung einer in der Grundstellung der Räder entspannten Feder zuzÜglich einer Dämpfung so verstellt, dass einer Schwenkung stets eine entsprechende Vergrösserung des Abstandes der virtuellen Radschwenkaehsen entspricht und dabei trotzdem die Laufkreisebenen einander parallel im gleichen Abstand voneinander und senkrecht zur Schienenebene bleiben.
Im einzelnen können unter Beibehaltung wesentlicher Grundelemente zwei Gruppen von Mitteln angewendet werden, um das gewünschte Ziel zu erreichen.
Im einen Falle ist jedes Rad in einem schwenkbaren Rahmen gelagert, der jeweils um eine von zwei symmetrischen Achsen ausschwenkt, die z. B. in einer Kurvenbahn untergebracht sind, worin sie sich nur in der Art bewegen können, dass die eine in der Ruhelage zwangläufig festgehalten wird, solange die andere sich im ausgeschwenkten Zustand befindet.
Infolgedessen stellt sieh beim Einfahren in eine Kurve jedes Rad unter zwangläufiger Vergrösserung des Abstandes der Radmittelpunkte senkrecht zum jeweiligen Krümmungshalbmesser ein, wobei der der Spurweite entsprechende, senkrechte Abstand zwischen den Radebenen beibehalten bleibt. Durch diese Ausbildung ist es möglich, die Änderung in dem Abstand der Laufkreisebenen der Räder in den Grenzen zu halten, welche für die in Frage kommenden Gleiskrümmungen noch zulässig ist. Um ein gleichmässiges Ausschwenken der nebeneinanderliegenden Räder zu gewährleisten, sind deren Schwenkrahmen durch Parallelführungsgestänge verbunden. Ferner werden die Räder aus ihrer Schwenkstellung in die Ursprungslage durch Entspannung einer einzigen Feder zurückgeführt, gegen deren Zugwirkung also die Räder ausschwenken.
Ein weiterer Vorzug der neuen Bauart ist, dass das nicht abgefederte Gewicht des Wagens wesentlich verringert wird.
Bei der andern Ausführungsform werden zur weiteren Verringerung des nicht abgefederten Gewichtes achslose Räder verwendet, also Räder ohne durchgehende Achse und ohne Achsstummel. Mit solchen Rädern ausgerüstete Lenkgestelle eignen sich besonders für Strassenfahrzeuge mit durchgehendem niedrigem Flur.
Die Verbindung der beiden Laufräder eines und desselben Lenkgestelles bzw. der beiden Laufradgruppen erfolgt bei dieser Ausbildung durch eine Kurbelseheibensteuerung.
In der Zeichnung sind die beiden AusfÜhrungsformen in den hauptsächlichen Anwendungen dargestellt.
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Fig. 1 ist ein schematisches Schaubild in Perspektive ; Fig. 2 ist ein schematischer Plan der Parallel- . führung. Beide Figuren beziehen sich auf die Ausführung mit Ra drahmen. Fig. 3, 4 und 5 zeigen eine vereinfachte Parallel- bzw. Geradführung der Einzelräder ; Fig. 6 zeigt ein komplettes Lenkgestell mit achslosen Einzelrädern in der Grundstellung, Fig. 7 dasselbe in ausgeschwenkter Stellung (in der Kurve) ; Fig. 8-10 zeigen Einzelheiten aus den Fig. 6 und 7 ; Fig. 11 zeigt ein Lenkgestell mit zwei Gruppen von
Tandemrädern.
Aus den Fig. 1 und 2 geht hervor, dass der Wagenkasten an den mit E bezeichneten Stellen auf zwei Blattfedern aufliegt. Diese ruhen auf einem Rahmen AT'-AT', dessen innere Querträger T symme- trisch zur Mittelachse des Achsgestänges durch zwei Riegel D verbunden sind. Der Mittelteil dieser
Riegel D verläuft parallel, die beidseitigen Endstücke laufen dagegen winklig aufeinander zu.
Der Rahmen AT'-T'trägt an seinen beiden Enden je drei Rollbahnen B für die Rollen der
Schwenkrahmen R. Innerhalb der Spurweite ist der Schwenkrahmen in zwei Punkten PI, P2 bzw. P : h
P4 mit den Riegeln D, D gelenkig verbunden. Diese Verbindung ist so ausgebildet, dass je nach der
Schwenkrichtung nur immer einer der beiden Anschlusspunkte relativ ortsfest ist, durch ihn geht dann die Schwenkachse, z. B. können, wie es in der Zeichnung dargestellt ist, die Enden der Riegel D hohl aus- gebildet sein,. in ihnen gleiten gelenkig mit dem Schwenkrahmen verbundene Zapfen, die nicht weiter ein- geschoben werden können, als der Mittelstellung des Rades entspricht.
Schwenkt das Rad aus, so wird der eine Zapfen herausgezogen, der Gelenkbolzen des andern wird zum Drehbolzen für den Schwenk- rahmen. Nach Fig. 2 sind diese hohlen Bügel D als Kurvenbahnen D'ersetzt. Ausserdem tragen die spornartigen Schwenkrahmen Rin der Radebene je zwei senkrechte Bolzen, auf denen sich die Traversen, welche die Lager und den Antrieb der Laufräder tragen, in senkrechter Richtung bewegen können ; diese
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Aus der Schwenkmöglichkeit ergibt sich, dass jede der drei Rollbahnen B aus je zwei verschiedenen Kreisbogenstiicken zusammengesetzt sind, deren Mittelpunkte für das in der Zeichnung vorn liegende
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Laufrädern und den Traversen G alle Bauteile durch die vier Federn F2 abgefedert, wobei für den eigentlichen Kasten noch eine zweite Federung durch die Blattfedern vorgesehen ist.
M sind am Kasten befestigte Mitnehmer zur Hubbegrenzung.
Aus der beschriebenen Bauart ergibt sich die folgende Wirkungsweise : Wenn der Wagen im
Sinne des Richtungspfeils in eine Rechtskurve einbiegt, so läuft das rechte Rad mit dem Spurkranz an die Rillenwand, das linke an das Schienenprofil an. Das linke Rad wird also mit seinem Schwenkrahmen um PI nach rechts geschwenkt, das rechte Rad um jF. Bei einer Vignolschiene wird das rechte Rad mittelbar durch das Gestänge Vi, V in der gleichen Weise geschwenkt, denn das linke Rad drÜckt bei seiner Bewegung das Gestänge Vi nach rechts, dies dreht sieh um den festen Punkt 01 und zieht das rechte Rad um den Schwenkpunkt PI ! nach innen.
Anderseits hat das linke Rad durch die Schwenkung um JPi das Gestänge V2 um den Drehpunkt O2 nach links gezogen und dabei das rechte Rad in der Fahrtrichtung nach rechts um den Punkt P4 geschwenkt. Beide Räder schwenken also zwangsläufig gleich- mässig. Wie aus der Figur ersichtlich ist, legen der Punkt TV1 des Gestänges V1 und der Punkt W2 des Gestänges V2 verschieden grosse Wege zurück, mit andern Worten, es wird die Feder Fa angespannt.
Diese Spannung wirkt sich aus, sobald der Gegendruck der Schienen in der Kurve gegen die Räder aufhört, d. h. also, sobald die gerade Strecke erreicht ist. Dann schwenken die Räder selbsttätig in die Ausgangsstellung zurück.
Beim Einfahren in eine Linkskurve schwenken die Räder sinngemäss um die Drehpunkte P3 und P2.
Die Traversen G sind bei dieser Ausbildung also gegen die spornartigen Rahmen R durch Spiralfedern F2 abgefedert, u. zw. in der Art, dass der spornartige Körper mit zwei parallelen senkrechten Verlängerungen ausgerüstet ist, auf denen sich die Traversen G - sich selbst ständig parallel bleibendin vertikaler Richtung verschieben können. Diese Anordnung ist nur in den Fällen zulässig, wo auf die Traversen G kein Drehmoment ausgeübt wird.
Dies ist jedoch nicht bei einem Wagen der Fall, wo entweder der Angriffspunkt der Bremse oder der Antriebsmechanismus an der Traverse G angebracht ist.
Bei einer solchen Anordnung muss die Parallelhaltung der Räder in einer Weise erfolgen, welche denselben nicht nur eine vertikale Verschiebung im Vergleich zu den Radrahmen R, sondern darüber hinaus auch eine Aufnahme der vorerwähnten Drehmomente ermöglicht. Dies geschieht nach Fig. 3-5 dadurch, dass zwischen Radgehänse einerseits und Radrahmen anderseits die Verbindung durch drei sogenannte Kugellenker L erfolgt, welche dem Radgehäuse gestatten, alle erforderlichen Bewegungen relativ zum Radrahmen auszuführen. Diese Relativbewegungen können erfolgen sowohl vertikal (Durchfederung) als auch horizontal (Nacheilen oder Voreilen innerhalb der Begrenzung der Mitnehmer) als auch drehend (Aufnahme der beim Anfahren und Bremsen auftretenden Drehmomente).
Dieqe Bewe-
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Fig. 6-10 zeigen ein Lenkra dgestell mit Kurbelscheibensteuerung und einem Räderpaar. In Fig. 7 sind die Durchstosspunkte der virtuellen Schwenkachsen mit je einem Kreuz bezeichnet. Fig. 11 zeigt die sinngemässe Übertragung dieses Lenkradsystems mit Kurbelscheibensteuerung auf eine Ausführungsform, wo jedes Lenkgestell nicht zwei einzeln einander gegenüberstehende Räder, sondern zwei Paare von Tandemrädern steuert.
Da die Ausschläge solcher Tandemräder sich in relativ engen Grenzen halten, können auch diese je unter einem Sitz angeordnet werden, so dass auch längere Wagen, die sonst nur als vierachsige Wagen mit hochliegendem Flur ausgeführt werden könnten, mit dieser Lenksteuerung, die man als eine Art
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Der Rahmen des Lenkgestelles besteht aus zwei quer zum Wagen laufenden Trägern 1 mit waagerechten und senkrechten Kurvenbahnen 2 sowie mit Enden 3 zur Aufnahme von der Einfachheit halber nicht dargestellten Blattfedern, auf denen der Wagenkasten ruht. Die beiden Träger 1 sind durch die Querverbindungen 4 (in der Fig. 6 oben), 5 (in der Mitte) und 6 (unten) starr miteinander verbunden.
Starr befestigt an den Aussenverbindungen -1 und 6 sind Schneekengehäuse 7 und 7', von deren Schnecke Kardanwellen 8 und 8'nach den Antriebsmotoren führen, die in bekannter Weise am Wagenkasten befestigt sind. Die nicht gezeichneten, bei : ; aufliegenden Blattfedern werden also bei der praktischen Ausführung dem Lenkgestell und damit der Sehneeke, dem Schneckenrad und Schneckengehäuse nur einevertikale, u. zw. der Durchfederung entsprechende Relativbewegung zu den Antriebsmotoren erlauben.
Auf der mittleren Verbindung 5 der beiden Querträger l des Lenkgestells ist um den in der Mittelachse gelegenen Mittelpunkt 9 drehbar eine Kurbelscheibe 10 angeordnet. Auf dieser Kurbelscheibe 10 greifen an vier Punkten 11, IS,-M,. M vier symmetrische Lenker 11'bis 14'an, die mit ihren andern Enden an Bracken 15 und 15' angreifen, z. B. zwei davon, nämlich 11'und 12', an den Drehpunkten 11" und 12" der BrÜcke 15, welche um das Rad herumgreift und in der Laufradebene zwei senkrechte flach abgeschlossene, mit Federnäpfen versehene Verlängerungen 16 und 16' erhält. Um diese Stangen 16 und 16'als Achsen sind Rollen 17 und 17'in der Höhe der Mittelachse des Laufrades drehbar.
Ausserdem ist diese Brücke 15 in der Laufradebene mit zwei weiteren Rollen 18 und 18'mit waagerechter Achse
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die Last des Lenkgestellrahmens bzw. des ganzen Wagenkastens auf durch Auflage auf der Unterfläche der Wangen 2, auf denen sie abrollen. Die Rollen 17 und 17'liegen gegen die Kurvenbahnen 21 und 21' an den Wangen 2 an und dienen als Mitnehmer.
Die Brücke 15 umfasst nach Art der gewöhnlichen Achsbuchsmitnehmer die in bezug zu ihr senkrecht verschiebliche und gegen sie durch die Federn 25 und 2o'abgefederte Platte 22 mit ihren Mitnehmerflächen 23 und 2. 3' (Fig. 8). Diese Platte 22 hat durchbohrte Pratzen 24 und 24', welche um die Stangen 16, 16'herumlangen und die Spiralfedern 25 und 25' gegen die Federnäpfe der Stangen 16 und 16' anpressen. 26 und 26' sind Kugellenker (Fig.
9 und 10), die an den Stellen 27 und 27'an der Platte 22 angreifen, ferner an den Stellen 28 und 28'der Zahnsegmente 29 und 29', die ihrerseits um die senkrecht übereinanderliegenden Punkte 30 und 30'drehbar auf dem Querträger 6 gelagert sind, wobei an Stelle dieser Anordnung sinngemäss die Gradhaltung der Radlagerung auch durch drei Kugellenker erfolgen kann, davon zwei in einer senkrechten Ebene.
Die Platte 22 erhält einen zylindrischen Vorsprung 31, auf dem ähnlich wie bei den Kraftwagenvorderrädern entsprechende Lager vorgesehen sind, um die sich das Laufrad. 32 dreht. Das Laufrad 32 selbst ist ebenfalls mit einer innerhalb des Laufrades liegenden zylindrischen Aussparung 33 versehen. Dieselbe zylindrische Mittelaussparung 33' befindet sich in dem üblicherweise gegenüberliegenden Schneckenrad 34.
Die Verbindung zwischen dem Zylinder 33 des Laufrades 32 und dem Zylinder des Schneckenrades 34 wird durch ein bekanntes Kardangelenk 3J.. 36, 37 hergestellt, welches dem Laufrad gestattet, sich im Verhältnis zu dem Schneckenrad a) senkrecht zu bewegen, b) mit seinem Mittelpunkt 36 zu nähern, c) um eine zur Bildebene senkrechte Achse zu schwenken, wobei diese Achse ebenfalls auf der gemeinsamen Mittelachse des Lenkgestells und der Losräder senkrecht steht und sich auf dieser auf das Schneekengehäuse zu bewegt.
Zwischen dem Sehneckengehäuse 7'und dem zylindrischen Teil 38 der Platte 22 sitzt ein Lederbalg 39, der das Eindringen von Schmutz in den Kardanantrieb verhindert.
Zwischen den Punkten 11"und 14"einerseits sowie 12"und 43"anderseits sind Rückzugsfedern 40,40'angeordnet, die in Fig. 6 ihre kilrzeste Länge haben, während sie in Fig. 7 ausgezogen gezeichnet sind ; gegebenenfalls kann auch an dieser Stelle eine geeignete Dämpfungsvorrichtung eingebaut werden.
In Fig. 11, welche ein Lenkradsystem mit je zwei Rädern fÜr jede Schiene (Tandemräder) zeigt, sind die Brücken 15 und M'entsprechend verlängert, um je zwei hintereinanderliegende Räder umfassen zu können ; sie haben also auch vier Auflagestellen usw. Die Angriffspunkte der Brücken mit den die Kurbelscheibe verbindenden Lenkern bleiben naturgemäss dieselben wie im Fall des Lenkgestells mit
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Wenn im letzten Teil der Beschreibung von der Verwendung von mindestens zwei Kurbelstangen die Rede ist, so soll betont werden, dass auch drei oder auch mehrere Kurbelstangen verwendet werden können, die ebenfalls über Kreuz angreifen können. Die benutzte Kurbelscheibensteuerung kann auch aus mehreren Scheiben oder ähnlichen Elementen bestehen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Lenkräder für Schienenfahrzeuge, gekennzeichnet durch von Radverschwenkungen gesteuerte
Gestänge, die den Abstand der virtuellen Radsehwenkachsen in Funktion des Verschwenkungswinkels vergrössern unter Konstanthaltung der Spurweite.