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Abstützung des Wagenkastens auf Drehgestellen eines Schienenfahrzeugs
Es ist eine Abstützung des Wagenkastens auf den Drehgestellen eines Schienenfahrzeuges
bekannt, bei der unmittelbar zwischen Wagenkasten und jedem Drehgestell als einzige
Federn Luftfedern angeordnet sind, die die gesamte lotrechte Wagenkastenfederung
bewirken und Bewegungen zwischen Wagenkasten und Drehgestell in waagerechter Ebene
praktisch widerstandslos gestatten. Diese Anordnung macht mit den Luftfedern von
einfachen und wenig störanfälligen und durch keine innere Reibung behinderten Feder-
und Verschiebeelementen für den Wagenkasten Gebrauch. Die Anlenkung jedes Drehzapfens
der Drehgestelle der bekannten Anordnung erfolgt durch gummigelagerte Lenker. Die
Lenker und ihre Gelenklager machen die bekannte Anordnung kompliziert und vielteilig.
Außerdem treten in den Gelenklagern praktisch unkontrollierbare Reibungskräfte bzw.
elastische Verformungskräfte der Gummiteile der Lager auf, welche das Federungsvermögen
der Luftfedern in unkontrollierbarer Weise behindern können.
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Es ist ferner bereits eine Einrichtung zur Anlenkung eines Drehgestells
am Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs vorgeschlagen worden, bei der die Anlenkung
über (im wesentlichen kugelförmige) elastische Rollkörper erfolgt, die kraftschlüssig
zwischen lotrechten Rollbahnen angeordnet sind, die fest am Drehzapfen bzw. Drehgestellrahmen
sitzen und sich in Fahrzeugquerrichtung erstrecken. Die Einrichtung gemäß diesem
nicht vorveröffentlichten Vorschlag ist einfach in ihrem Aufbau, macht von wenigen,
wenig störanfälligen Bauteilen Gebrauch und gewährleistet eine sichere und einwandfreie
Führung des Drehgestells, indem die Spiele der Übertragung der Kräfte zwischen Drehgestell
und Drehzapfen in Fahrzeuglängsrichtung und Fahrzeugquerrichtung einwandfrei aufeinander
abgestimmt werden können. Außerdem können bei der Übertragung von Kräften zwischen
Drehgestell und Drehzapfen auftretende Reibungs- bzw. Verformungskräfte sicher bestimmt
werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ,die bekannte Einrichtung
zum Abstützen des Wagenkastens auf den Drehgestellen eines Schienenfahrzeugs in
der Weise zu verbessern, daß die der bekannten Anordnung anhaftenden, geschilderten
Nachteile vermieden sind.
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Bei der Lösung dieser Aufgabe macht die Erfindung von der bereits
vorgeschlagenen Lösung zur Anlenkung des Drehzapfens Gebrauch. Demgemäß betrifft
die Erfindung eine Abstützung des Wagenkastens auf den Drehgestellen eines Schienenfahrzeugs,
und sie ist ausschließlich durch die Vereinigung sämtlicher folgender Merkmaie gekennzeichnet:
a) Unmittelbar zwischen Wagenkasten und jedem Drehgestell sind als einzige Federn
Luftfedern angeordnet, die wie an sich bekannt, die gesamte lotrechte Wagenkastenfederung
bewirken und Bewegungen zwischen Wagenkasten und Drehgestell in waagerechter Ebene,
wie gleichfalls bekannt, praktisch widerstandslos gestatten.
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b) Die Anlenkung jedes Drehgestells am Wagenkasten erfolgt über (im
wesentlichen kugelförmige) elastische Rollkörper; die kraftschlüssig zwischen lotrechten
Rollbahnen angeordnet sind, die fest am Drehzapfen bzw. Drehgestellrahmen sitzen
und sich in Fahrzeugquerrichtung erstrecken.
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Diese Anordnung ist insofern wesentlich vorteilhafter als die bekannte
Anordnung, als die Drehzapfenanlenkung ohne irgendwelche Gelenke arbeitet und mit
einer Kleinstzahl von Bauteilen auskommt.
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Die Erfindung sowie weitere, an sich bekannte Einzelheiten derselben
sind in der Zeichnung schematisch und beispielsweise dargestellt und im folgenden
näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 das eine Ende eines Fahrzeugs mit
der Wagenkastenabstützung gemäß der Erfindung, von der Seite gesehen, Fig.2 die
in Fig. 1 dargestellte Anordnung, von oben gesehen; bei abgenommenem Wagenkasten,
Fig. 3 den Schnitt nach der Linie III-III in-Fig: 2 und
Fig.4 den
gemäß der Erfindung abgestützten Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs, von oben gesehen.
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Der Wagenkasten 1 des Schienenfahrzeugs ist auf den Rahmen 2 von zwei
Drehgestellen abgestützt. Zwischen Wagenkasten 1 und Drehgestellrahmen 2 ist symmetrisch
zur lotrechten Längsmittelebene des Fahrzeugs und in der O_uermittelebene des Drehgestells
je ein- mit Luft gefüllter Balg 3 aus elastischem Werkstoff als -alleinige Wagenkastenfederung
angeordnet. jeder Balg ist zwischen einer oberen und einer unteren Platte 5, 6 befestigt.
jeder Balg bildet mit den zugehörigen Platten eine Montageeinheit, die außerhalb
des Fahrzeugs zusammengebaut und als Ganzes in das Fahrzeug eingesetzt werden kann.
Es ist möglich, das Luftvolumen, welches in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
in einem einzigen Balg untergebracht ist, auf mehrere Bälge aufzuteilen und die
dadurch entstehende Federgruppe zu einer einbaufertigen Einheit zusammenzufassen.
Beim Einbau dieser Montageeinheit in das Fahrzeug müssen in einfacher Weise die
Platten 5, 6 mit dem Untergestell des Wagenkastens 1 bzw. mit dem Rahmen 2 des Drehgestells
verschraubt oder in ähnlicher Weise verbunden werden. Die Luftzufuhr zu den Luftbälgen
3 erfolgt über je eine Leitung 7, die an einem am Wagenkasten gehaltenen Lufttank
4 angeschlossen ist. In die Leitungen 7 ist je ein Regelventil 8 eingeschaltet,
welches die Luftzufuhr zu dem jeweiligen Balg 3 regelt. Eine Regelung der Luftzufuhr
zu den Luftfedern 3 erfolgt, um, wie bekannt, bei verschiedenen Ladezuständen gleiche
Federungseigenschaften zu gewährleisten. Sie ist außerdem, wie bekannt, wesentlich
mit Rücksicht auf eine Konstanthaltung der Pufferhöhe des Fahrzeugs über der Schienenoberkante.
Erhöht sich die Fahrzeugladung, so muß den Federn mehr Luft zugeführt werden, verringert
sich die Fahrzeugladung, so muß Luft aus den Federn entweichen können. Um ohne zu
große Luftfederbälge 3 ein möglichst großes federndes Luftvolumen zur Verfügung
zu haben, ist es zweckmäßig, wie bekannt, den Mittelquerträger 2a des Drehgestellrahmens
2 als zusätzlichen Luftbehälter auszubilden. Dieser Träger 2a ist zu diesem Zweck
als kastenförmiger, durch die weiter unten erläuterte Drehzapfenanlenkung geteilter
Hohlträger ausgebildet, dessen beide Teile mit den Federbälgen 3 in Verbindung stehen.
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Der Drehgestellrahmen 2 kann im übrigen, wie bekannt, als nach den
Radsätzen 9 hin offener Rahmen ausgebildet sein (Fig. 1 und 2, links). Es ist auch
möglich, wie bekannt, den Drehgestellrahmen als geschlossenen Rahmen auszubilden
(Fig. 1 und 2, rechts). Die Abstützung des Drehgestellrahmens 2 auf den Radsätzen
9; 10 kann, wie bekannt, durch je eine Schraubenfeder 11 zentral auf dem
jeweiligen Achslagergehäuse der Radsätze erfolgen (Fig. 1 und 2, links). Die Abstützung
des Drehgestellrahmens kann aber auch, wie bekannt; über je zwei Schraubenfedern
12 symmetrisch zur jeweiligen Achswelle auf einem Tragarm 13 erfolgen, der von dem
Achslagergehäuse gehalten wird (Fig. 1 und 2, rechts). In beiden Fällen ist als
zusätzliche Federung zu den Schraubenfedern, wie bekannt, noch ein Gummipolster
14 bzw. 15 zwischen dem Drehgestellrahmen 2 und den Schraubenfedern 11 bzw. 12 angeordnet.
Um die Schraubenfedern von Horizontalkräften freizuhalten, sind auf den Achslagergehäusen,
wie bekannt, Führungszapfen 16 befestigt, die mit lotrechten Schlitzen versehen
sind, in denen Zapfen des Drehgestellrahmens 2 gleiten. Außerdem sind die Radsätze
9, 10, wie bekannt, durch vereinigte Längs- und Querlenker 17 geführt. Für
die. in diesem Abschnitt erläuterten Ausbildungsmöglichkeiten wird kein Schutz begehrt.
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Die Führung des Drehgestells in horizontaler Ebene gegenüber dem Wagenkasten
erfolgt, wie üblich, durch einen Drehzapfen 18. Der Drehzapfen sitzt fest am Wagenkasten
1. Er trägt einem älteren Vorschlag gemäß eine sich im wesentlichen horizontal erstrekkende
Platte 19, an deren voneinander abgewandten Enden je ein Rollflächenpaar 20 befestigt
ist. jedem Rollflächenpaar 20 gegenüber liegt ein zweites Rollflächenpaar 21, das
am Drehgestellrahmen 2 befestigt ist. Die Rollflächen 20, 21 haben die Form von
lotrecht stehenden Zylindermantelteilen, deren Krümmung nach den Kanten hin stetig
zunimmt. Zwischen den Rollflächen 20, 21, die mit ihren konkaven Seiten einander
zugewandt sind, sind Rollkörper 22 aus elastischem Werkstoff mit Vorspannung angeordnet,
die im ungespannten Zustand kugelförmige Gestalt haben. Die Rollflächen 20, 21 und
die Rollkörper 22 bilden mit dem Drehzapfen 18 zusammen eine am Wagenkasten 1 sitzende
Baueinheit, die zusammen mit diesem auf das Drehgestell aufgesetzt werden kann.
Die Baueinheit wird nach dem Aufsetzen des Wagenkastens mit dem Drehgestellrahmen
verbunden, indem die äußeren Rollflächen 21 mit dem Drehgestellrahmen verschraubt
werden.
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Führt der Wagenkasten gegenüber dem Drehgestell lotrechte Bewegungen
aus, dann taucht der Drehzapfen 18 mit den Rollflächen 20 im Drehgestellrahmen 2,
und die Rollkörper 22 rollen zwischen den Rollflächen 20, 21 in lotrechter Richtung
ab. Dabei ist nur der unwesentliche und praktisch nicht in Erscheinung tretende
Widerstand der rollenden Reibung zu überwinden. Die lotrechte Wagenkastenfederung,
die allein durch die Luftfedern 3 gebildet ist, wird somit hinsichtlich ihrer lotrechten
Federungseigenschaften durch Reibungskräfte in der Drehzapfenführung nicht beeinflußt.
Da auch, wie bekannt ist, die Luftfedern 3 praktisch frei von innerer Reibung sind,
entsteht also eine lotrechte Wagenkastenfederung, die durch Reibungskräfte nicht
beeinflußt wird. Bei der Berechnung der Wagenkastenfederung müssen somit nur die
abzufedernden Kräfte bzw. Massen, nicht aber Reibungskräfte, die exakt nicht erfaßbar
wären, berücksichtigt werden.
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Führt der Wagenkasten gegenüber dem Drehgestell Bewegungen in Fahrzeugquerrichtung
aus, dann rollen die Rollkörper 22, wie an sich bekannt, in Fahrzeugquerrichtung
zwischen den Rollflächen 20, 21 ab. Sie werden dabei infolge der Form der Rollflächen
20, 21 zunehmend zusammengedrückt, was die bekannte zunehmende, d. h. progressive
Federung des Querausschlages zur Folge hat. Begrenzt werden unzulässig große Ouerausschläge
durch bekannte dämpfende Anschläge 23 des Drehgestellrahmens 2, an denen die Platte
19 der Drehzapfenanlenkung zum Anschlag kommen kann. Bei Querausschlägen tritt der
Vorteil der beschriebenen Anordnung in Erscheinung, daß auch Querbewegungen des
Wagenkastens nicht durch Reibungskräfte in der Wagenkastenabstützung beeinflußtwerden.
Die progressive Federung der Querausschläge ist somit ausschließlich von der Drehzapfenanlenkung,
und zwar von der materialmäßigen Zusammensetzung der Rollkörper 22 und von der Form
der Rollflächen 20, 21 abhängig, also von rechnerisch zu ermittelnden Faktoren,
nicht aber von unkontrollierbaren Reibungskräften. Zur Unterstützung der dämpfenden
Wirkung der Drehzapfenführung in Fahrzeugquerrichtung sind außerdem noch, wie bekannt,
Querdämpfer
24 vorgesehen. Von diesen Querdämpfern ist je einer bezüglich der Fahrtrichtung
vor und einer hinter dem Drehzapfen 18 angeordnet. Sie sind in Fahrzeugquerrichtung
wirksam und bezüglich der Fahrzeuglängsmittelebene derart gegeneinander versetzt
angeordnet, daß bei grundsätzlich gleichem Aufbau der Dämpfer 24 jeweils einer von
ihnen auf Zug und der andere auf Druck beansprucht wird, wenn das Drehgestell 2
Schwenkbewegungen um den Drehzapfen 18 ausführt. Durch diese Anordnung der Dämpfer
24 werden nicht nur horizontale Querbewegungen, sondern auch dessen' horizontale
Schwenkbewegungen unter dem Wagenkasten 1 gedämpft.
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Relativbewegungen zwischen Wagenkasten und Drehgestell in Fahrzeuglängsrichtung
sind nur in dem Maße möglich, als es die Zusammendrückbarkeit der vorgespannten
Rollkörper 22 in Fahrzeuglängsrichtung zuläßt.
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Wenn auch infolge der innerenReibungsfreiheit der Luftfedern 3 und
infolge der praktischen Reibungsfreiheit der Drehzapfenanlenkung bei lotrechten
Bewegungen des Wagenkastens 1 gegenüber dem Drehgestell sowie infolge der Möglichkeit
einer genauen, d. h. im wesentlichen rechnerischen Vorausbestimmbarkeit der die
Querbewegungen zwischen Wagenkasten und Drehgestell progressiv abfedernden Kräfte
eine erhebliche Verbesserung der Laufeigenschaften des Fahrzeugs erzielt wird, so
können die Laufeigenschaften doch noch weiter verbessert werden, wenn der Wagenkasten
in bekannter Weise statisch bestimmt auf den beiden Drehgestellen des Fahrzeugs
abgestützt wird. Eine statisch bestimmte Abstützung des Wagenkastens ist bei dessen
Abstützung über Luftfedern 3 in besonders einfacher Weise möglich. Gemäß Fig. 4
sind jeweils die den beiden Drehgestellen zugeordneten Luftfedern einer Fahrzeuglängsseite
durch je eine Leitung 25, 26 miteinander verbunden. Diese Leitungen sind wiederum
durch Leitungszweige 27, 28 mit dem Luftbehälter 4 verbunden, in den ein Kompressor
29 fördert. Der statisch bestimmte Ausgleich ist nun mit Hilfe von nur drei Luftsteueraggregaten
8a, 8b und 8c zu verwirklichen, und zwar dadurch, daß das Steueraggregat 8a in der
Zweigleitung 27 angeordnet ist und die Steueraggregate 8b und 8c in der Verbindungsleitung
26 angeordnet sind. Von letzterem ist je eines zwischen je einer Luftfeder 3 und
dem Abzweig der Zweigleitung 28 vorgesehen. Auf diese Weise wird die Luftzufuhr
zu den Luftfedern 3, die durch die Leitung 25 miteinander verbunden sind, gemeinsam
und gleichzeitig gesteuert. Diese beiden Luftfedern wirken also wie ein einziger
Stützpunkt des Wagenkastens 1. Dagegen ist die Luftzufuhr zu den beiden durch die
Leitung 26 miteinander verbundenen Luftfedern unabhängig voneinander regelbar. Es
wird also, obwohl der Wagenkasten 1 in vier Punkten abgestützt ist, mit einfachen
Mitteln die Wirkung einer statisch bestimmten Dreipünktabstützung erreicht.
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Schließlich sind bei dem Schienenfahrzeug gemäß der Erfindung noch
seitliche Wankstützen 30 vorgesehen (Fig. 3). Die Anordnung der Wankstützen ist
infolge der Abstützung des Wagenkastens 1 über Luftfedern 3 von besonderer Wichtigkeit,
da diese Federn sehr weich federn und dem Wankbestreben des Wagenkastens 1 nur geringen
Widerstand entgegensetzen können.
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Anspruch 1 schützt ausschließlich die Gesamtkombination seiner sämtlichen
Merkmale. Die Ansprüche 2 bis 9 haben keine selbständige Bedeutung, sondern gelten
nur in Verbindung mit Anspruch 1 bzw. mit den Ansprüchen, auf die sie zurückbezogen
sind.