DE2142975A1

DE2142975A1 - Aufhangungen fur Fahrzeuge mit großer Geschwindigkeit, insbesondere fur Eisenbahnwagen

Info

Publication number: DE2142975A1
Application number: DE19712142975
Authority: DE
Inventors: Maurice Paris Julien
Original assignee: Luxembourgeoise de Brevets et de Participations SA
Current assignee: Luxembourgeoise de Brevets et de Participations SA
Priority date: 1970-08-28
Filing date: 1971-08-27
Publication date: 1972-03-02
Also published as: DE2142975C3; CA942587A; DE2142975B2; US3818841A; CH543998A; BE771912A; GB1365910A; FR2102922A5

Description

PATENTANWALT
DiPL- ING.

HELMUT GÖRTZ

6 Frankfurt am Main 70 - ?1A?975

Schneckenhofstr. 2Z-TeL 617078 ^

19. Aug. 1971 Gza/mü

Luxembourgeoise de Brevets et de Participations, 2bis, Boulevard Royal, Luxemburg

Aufhängungen für Fahrzeuge mit großer Geschwindigkeit, insbesondere für Eisenbahnwagen.

Die Erfindung betrifft Aufhängungen der Pendelart, die insbesondere für Eisenbahnwagen verwendet werden, die bestimajg£gsgemäß mit sehr großer Geschwindigkeit auf vorhandenen Unter- ^ bauten fahren.

Um das Problem zu erfassen, erinnere man sich allgemein, daß die Gleise der Eisenbahn in den Kurven eine .überhöhung aufweisen, welche die Wirkungen der Zentrifugalkraft ausgleichen soll.

Diese Überhöhungen sind für eine bestimmte Höchstgeschwindigkeit berechnet.

Für diese Geschwindigkeit setzen sich die gesamte Schwerkraft sowie die gesamte Zentrifugalkraft zu einer Resultierenden in senkrechter Richtung zum Gleis zusammen. Dies gilt ebenso für die Passagiere der Wagen, bei welchen die Resultierende der angreifenden Kräfte ebenfalls senkrecht zu den Sitzen und zum Boden verläuft. Sie unterliegenkeinerlel bleibenden seitlichen Belastungen, und diese Unveränderlichkeit ihrer

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"scheinbaren Vertikalen" gewährleistet optimale Komfortbedingungen.

Dies gilt nicht mehr, wenn die Fahrtgeschwindigkeiten von der Grundgeschwindigkeit unterschiedlich sind, was allgemein der Fall ist.

Bei niedrigen Geschwindigkeiten (schwere Güterzüge) sind die Zentrifugalkräfte sehr schwach und.die Zentripetalkomponenten der Schwerkraft, die durch die Neigung eingeführt werden, beanspruchen das Material und das Gleis zu dem Inneren der Kurven hin. Dies ist einer der Gründe, warum die Querneigungen der Gleise auf maximale, allgemein zugelassene Werte begrenzt sind, z.B. auf einen Winkel von ungefähr 6°.

Wenn dagegen entsprechend neueren Tendenzen, die Geschwindigkeit von Schnellzügen zu steigern, die Grundgeschwindigkeiten in den Kurven überschritten werden, wachsen die zentrifugalen Belastungen und werden nur noch teilweise durch die vorhandenen Überhöhungen ausgeglichen. Diese Tatsache ist nicht besorgniserregend vom Gesichtspunkt der Gleise aus, die aus Symmetriegründen in gleicher Weise Belastungen der gleichen Ordnung nach innen oder nach außen zulassen. Die Situation des Materials ist jedoch unterschiedlich, da das Vorhandensein von nicht ausgeglichenen Zentrifugalkräften das Auftreten nicht nur von dauernden seitlichen Beschleunigungen impliziert, die von den Fahrgästen empfunden werden, sondern auch eines Kippmomentes auf die Aufhängung, welches dieser einen schädlichen nach

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außen, d.h. in der schlechten Richtung gerichteten Lagewinkel auferlegt. Diese Situation ist jedoch unerwünscht. Die vorliegende Erfindung soll dieser Situation abhelfen.

Bei jeder Kurven-Bahngeschwindigkeit (so hoch sie auch sei), ist es immer möglich, durch die bestimmte höhere Gleichgewichtsbedingung, einen entsprechenden Wert der optimalen Überhöhung vorzusehen, die dann eine neue Grundgeschwindigkeit schaffen würde. Der Unterschied zwischen dieser optimalen Überhöhung und der bestehenden überhöhung stellt die Unzulänglichkeit der überhöhung dar, die es auszugleichen gilt. (Man kann hierdurch zeigen, daß insbesondere einer Übergeschwindigkeit von 41 % -welche die Zentrifugalkraft verdoppelt - ein Hangel an Überhöhung in der Größe der vorhandenen überhöhung entspricht).

Setzt iaan dies voraus, und da eine Veränderung der vorhandenen überhöhung nicht zur Erörterung steht, ist die Lösung des Problems klar: Die mangelnde überhöhung muß durch das rollende Gut ausgeglichen werden, und insbesondere - die Räder müssen den Kontakt mit den Schienen behalten - durch den aufgehängten Teil der Wagen. Es genügt infolgedessen, die mittlere Ebene der Gehäuse zu zwingen, im Verhältnis zu der Normalen der Querneigung des Gleises Lagewinkel einzunehmen, die gleich der erforderlichen Winkelabweichung der Überhöhung und zu dem Inneren der Kurven hin gerichtet sind.

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Verschiedene Vorrichtungen sind für diesen Zweck ausgedacht worden.

Man hat vorgeschlagen, das Wagengehäuse um eine Längsachse aufzuhängen, die oberhalb des Schwerpunktes verläuft in der Art, daß es sich in natürlicher Weise in Querrichtung orientiert, indem es der Resultierenden des Gewichtes und der seitlichen Belastungen folgt. Diese Lösung, an sich ideal, erfordert einen zu großen Raumbedarf.

Man hat außerdem vorgeschlagen, ein Gehäuse mit einem Drehgestell zu verbinden unter Zuhilfenahme von schrägen Stangen, die in der Querebene des Drehgestells ein bewegliches Gelenktrapez bilden, dessen kleine Basis (an der oberen Seite) an dem Drehgestell und dessen große Basis (an der unteren Seite) an dem Gehäuse befestigt ist, wodurch die Stangen durch das Gewicht des Gehäuses auf Zug beansprucht werden. Diese Verbindung stellt eine Queraufhängung des "bifilaren" stabilen Typs dar, bei Aufnahme durch die Schwerkraft. Die Prüfung der Geometrie des Systems zeigt, daß diese Aufnahme notwendigerweise zu hoch ist, so daß nämlich, unter einer gegebenen Zentrifugalbelastung, der Gleichgewichtslagewinkel immer unterhalb seines ^h: ' optimalen Wertes ist und daß darüber hinaus die Querbe-"lastung selbst größer ist. Diese Vorrichtung bringt nur eine ungenügende Lösung des vorliegenden Problems.

Man kann auch andere Lösungen anvisieren, die auf der Unterwerfung des Lagewinkels des Gehäuses in einer geschlossenen Schleife unter ein Befehlssystem basieren, welches neben anderen Eingangsinformationen Informationen ejithält, die sich auf den Wert der Querbelastungen der halb_vandauernden

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(semi-permanente) Art, die auf das Fahrzeug ausgeübt werden» beziehen. Die Zuverlässigkeit von derartigen Steuerungen ist heute nicht mehr bestreitbar und ihre Kosten können auf vernünftige Werte reduziert werden. Aber diese Lösungen benötigen erheblich mechanische Energiequellen.

Die Erfindung schlägt eine neue Lösung vor, welche die oben beschriebenen Nachteile beseitigt. Die Erfindung zielt insbesondere darauf ab, folgendes zu gewährleisten: '

a) Einen vollstgtfWigen Pendelausgleich der mangelnden Überhöhung durch Erreichung von Lagewinkeln des Gehäuses, die wenigstens die maximal zugelassenen Werte für die Neigungswinkel der Gleise erreichen können,

b) eine vertikale Aufhängung des Gehäue**^welche unempfindlich gegenüber dynamischen Querbelastungen ist,

c) ein Längsverbindungsstück, welches von- den Rahmen der Drehgestelle an die Gehäuse der Wagen angedrückt wird,

d) die Unempfindlichkeit des Gleichgewichtes des Gehäuses gegen Seitenwinde,

e) die Drehfreiheiten der Drehgestelle, die ihre Eineteilung in den Kurven sicherstellen,

f) und bei einer bevorzugten Ausführungeform die Unempfindlichkeit der vertikalen Aufhängung gegenüber dynamischen Massenverlagerungen aufgrund von Längebeschleunigungen und Längeverzögerungen.

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Die Erfindung trägt insbesondere zwei wichtigen Gesichtspunkten Rechnung, welche die Dynaaik von Eisenbahnwagen betreffen, die mit großer Geschwindigkeit fahren.

Der erste Gesichtspunkt, der sich auf die Verbindung der Drehgestelle mit den Wagen bezieht, erfordert, daß die Angriffspunkte der Längsresultierenden der Trägheit des Gehäuses an dem Rahmen des Drehgestells (bei Beschleunigung oder Verzögerung), auf einem Niveau so nah wie auglich demjenigen der Schienen gelegen sind, in einer Art und Welse, daß die dynamischen vertikalen Massenverlagerungen zwischen den Achsen des Drehgestells auf ein Minimum reduziert werden.

Der zweite Gesichtspunkt betrifft die Wirkung©» von Seitenwinden (Windstößen) auf das Quergleichgewicht der oft erleichterten Wagen. Es empfiehlt sich, daß die Verbindungen der Aufhängung dieser Wagen in einer Weise erdacht sind, daß die aerodynamischen Seitenstöße (die in allgemeinen ungefähr auf halber Höhe der seitlichen Fläche des Gehäuses angreifen) möglichst verminderte Wirkungen auf die Aufhängungen haben, sowohl seitlich (Gleichgewichte) wie auch vertikal (Schwankungen oder störende Lagewinkel).

Um insbesondere diese Anforderungen zu erfüllen, weist die Erfindung Wagenaufhängungen der in Frag· stehenden* Art auf, welche,gleichwie bekannt, auf federn Fahrgestell oder Drehgestell mit einer ersten, relativ unnachgiebigen Aufhängung ausgestattet sein kann , ein Eleeent oder eine Zwisehenplattform zwischen dem Rahmen des Drehgestells und de« Gehäuse des Wagens aufweisen, und durch Verbindungssysteme alt diesen verbunden sind, um diese Systeme in einer Art und Welse

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anzuordnen, daß das Systea« welches zwischen die Plattform und das Gehäuse zu legen ist, einerseits eine Zwangsverbindung ermöglicht, welche geeignet ist, nur die vertikale Bewegungsfreiheit und die Rotationsfreiheit um eine Achse für den Einschlag des Drehgestells zu gewährleisten und welches andererseits eine elastische Verbindung gestattet, um die vertikalen Beanspruchungen zu unterstützen. Dieses Verbindungssystee zwischen Plattform und dem Rahmen des Drehgestells gestattet einerseits eine Zwangsverbindung, so angeordnet, daß sie eine Drehbewegung der Plattform und des Gehäuses erlaubt, in Bezug zu dem Rahmen, in einer Querebene, die ihrerseits um eine mittlere Querachse des Rahmens schwenkbar und an der Basis dieses letzteren gelegen ist, in der Ebene der Plattform Querkomponenten hervorzubringen, welche die Schwerkraftskoeponenten, welche Instabilität verursachen, ausbalancieren.

Insbesondere wird die Zwangsverbindung zwischen der Plattform und dem Rahmen des Drehgestells im wesentlichen durch ein Gelenktrapez bewirkt, das Bit seiner großen Basis an dem Rahmen und mit seiner Kleinen Basis an der Plattform angelenkt ist, wobei die seitlichen Schenkel des Trapezes mit ihrem unteren Endpunkt an einer mittleren tiefen Traverse des Rahmens' durch Gelenkverbindung in Form eines Kugelkopfes oder eines allseitig beweglichen Gelenks angeschlossen sind.

Eine solche Anordnung, vervollständigt in vorteilhafter Weise durch verschiedene Vorrichtungen, die hiernach beschrieben werden, ermöglicht dl« Verwirklichung von Aufhängungen, die den verschiedenen oben beschriebenen Anforderungen entsprechen.

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Insbesondere ist die Stabilität zuverlässig gewährleistet, wie auch immer die Beanspruchungen durch Seitenwind und Zentrifugalkraft sind. Dies wird aufgrund der symmetrisehen Eigenschaften der Verbindung Plattform-Rahmen und aufgrund der elastischen Aufnahmemittel, die an der Basis des Rahmens vorgesehen sind, bewirkt. Aufgrund der Tatsache, daß die Kräfte, die durch Beschleunigungen und Verzögerungen entstehen, auf die mittlere Querachse übertragen werden, die an der Basis des Rahmens angeordnet ist, wobei, die Achse möglichst tief angeordnet werden soll, noch unterhalb der Ebene der Achsen der Räder, werden diese Kräfte nur sehr reduzierte Massenverschiebungen zwischen den Achsen jedes Drehgestells zur Folge haben. Darüber hinaus können diese Kräfte von dem Gehäuse auf die Drehgestelle in einer Weise übertragen werden, daß die vertikale Aufhängung des Gehäuses unempfindlich gegenüber den dynamischen Wirkungen dieser Beschleunigungen und Verzögerungen bleibt.

Die Erfindung strebt insbesondere gewisse Verwendungsformen wie gewisse Ausführungeformen der besagten Vorrichtungen an. Die Erfindung zielt, insbesondere und dies als neue Industrieprodukte, auf Aufhängungen der in Frage stehenden Art ab, die eine Verwendung dieser Vorrichtungen erlauben, ebenso wie auf die besonderen Elemente, die zu ihrer Einrichtung geeignet sind, und auf die Wagen, die ähnliche Aufhängungen gestatten.

Die Erfindung wird auf Jeden Fall gut mit Hilfe der folgenden Beschreibungsergänzung verstanden werden, ebenso wie mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen, wobei die Beschreibungsergänzung und die Zeichnungen selbstverständlich insbesondere zur Unterrichtung vorgesehen sind.

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Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils schematisch in Aufriß und im Teilschnitt und in einer Teilseitenansicht einen Eisenbahnwagen mit Drehgestellen, die mit einer ersten relativ starren Aufhängung ausgestattet sind oder nicht und darüber hinaus mit einem Aufhängungssystem gemäß der Erfindung versehen sind.

Die Fig. 3 und 4 zeigen gleichfalls jeweils in Draufsicht und in Seitenansicht, teilweise in Schnittdarstellung, ein anderes Ausführungsbeispiel eines solchen Systems gemäß der Erfindung.

Die Fig. 5 stellt in Draufsicht eine Variante der AusfUhrungsform gemäß Fig. 3 dar.

Die Fig. 6 zeigt in Schnittdarstellung mit größerem Maßstab ein Verbindungselement der Anordnung gemäß Fig. 5.

Die Fig. 7 und 8 stellen jeweils zum Teil in Aufriß und in Seitenansicht eine Anordnung der in Fig. 1 und 2 dargestellten Art gemäß einer anderen Ausführungeform dar.

Die Fig. 9 zeigt in einem Teilaufriß eine Anordnung der in den Fig. 3 oder 5 und 4 dargestellten Art gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Die Fig. 10 schließlich zeigt schematisch einen Wagen, welcher mit erfindungsgemäßen Aufhängungen versehen ist, gemäß den Vorrichtungen der Fig. 3, 4 und 5.

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Erfindungsgemäß verfährt man wie folgt oder in einer analogen Art und Weise» insbesondere gemäß den Verwendungsarten sowie den bevorzugten Ausführungsfarmen, in denen beispielsweise Aufhängungen zwischen einem Gehäuse 1 eines Eisenbahnwagens mit seinen Drehgestellrahmen 2 vorgesehen sind.

Ein bewegliches Zwischenstück 3 für jedes Drehgestell, wird im folgenden Plattform genannt. Als Verbindung zwischen dieser Plattform einerseits und dem Gehäuse und dem lahmen andererseits sind zwei Befestigungsanordnungen oder Verbindungsetagen vorgesehen, und zwar: die obere Etage Es zwischen dem Gehäuse und der Plattform und die untere Etage Ei zwischen der Plattform und dem Rahmen des Drehgestells. Was den allgemeinen Aufbau dieser Etagen betrifft, kann man folgendes sagen:

1. Jeder von ihnen weist, parallel wirksam,:

eine Zwangsverbindungsvorrichtung auf, welche geometrisch die relativen Beweglichkeiten der in Frage stehenden Elemente bestimmt,

eine elastische Verbindungsvorrichtung, welche durch Gleichgewichtsfedern Beanspruchungen steuert, die entsprechend wenigstens einer der vorher beschriebenen Beweglichkeiten eingeführt worden sind.

2. Die zwei Verbindungsetagen haben unterschiedliche Grundfunktionen:

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die obere Etage E_s gewährleistet die Funktion der vertikalen, geführten Aufhängungen des Gehäuses und die Drehfreiheit des Drehgestells,

die untere Etage E^ gewährleistet die Funktion der transversalen Pendelaufhängung des Gehäuses und die **Galopp"-freiheit des Drehgestells.

3. Die zwei Etagen arbeiten zusammen durch ihre Zwangsverbindungen in der Funktion des longitudinalen Verbindungsstückes zwischen Gehäuse und Drehgestell.

Wenn man mehr im einzelnen die Eigenschaften der Verbindungen, aus denen diese Etagen bestehen, betrachtet, kann man diese wie folgt bestimmen.

Zunächst zur oberen Etage E₈:

Die Zwangsverbindung ("kinematische** Verbindung) hält die Parallelität zwischen der Plattform und dem Gehäuse aufrecht und erlaubt zwischen ihnen nur eine vertikale Translationsbewegung (Aufhängung) und eine Rotationsbewegung um ihre mittlere gemeinsame Achse (Drehung des Drehgestells), während die elastische Verbindung vollständig die statischen und <: dynamischen vertikalen Belastungen des Gehäuses auf die Plattform überträgt (Aufhängung), in-dem relative, begrenzte Tangentialabweichungen während der Drehung des Drehgestells erlaubt sind«

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Was die untere Etage E$_ anbetrifft und wenn man zunächst die Zwangsverbindung betrachtet, zw ingt diese Verbindung die Plattform, sich im Verhältnis zum Drehgestell in einer transversalen Ebene zu bewegen, die ihrerseits um eine transversale mittlere Achse verstellbar ist, die an Unterteil des Rahmens gelegen ist, wobei diese letztere Beweglichkeit die "Galopp"-freiheit des Drehgestells gewährleistet.

Die Beweglichkeit in der transversalen Ebene wird im wesentlichen, wie in den Fig. 1und 2 gezeigt, durch die Verschiebung (Deformation) eines Trapezes mit starren Gelenkgliedern bestimmt, wobei die kleine Basis mit der Plattform, die große Basis) mit dem Rahmen verbunden ist, und wobei die Schenkel von terbindungselementen 6 gebildet werden, welche (in Projektion auf die Ebene der Bewegung) mit zwei schrägen Stangen vergleichbar sind, die (im Ruhezustand und auf einem horizontalen Weg) in einem Punkt I der mittleren Symmetrieebene dee Gehäuses konvergieren. Dieser Punkt ist vorteilhafter Weise, aufgrund einer geigneten Wahl der Proportionen des Gelenktrapezes, im wesentlichen auf dem Niveau der halben Höhe der seitlichen Oberfläche des Gehäuses gelegen, um so praktisch jedes Kippmoment unter der Wirkung eines seitlichen Windstoßes Fv zunichte zu machen. Diese Beweglichkeit drückt sich für jede transversale Abweichung GG¹ vom Zentrum G der Plattform im Verhältnis zu ihrer mittleren Position durch eine Rotation dieser Plattform - also des Gehäuses, welches ihr verbunden ist -um eine longitudinale Achse aus, wobei die Größe der Drehung den Lagewinkel T des Gehäuses bestimmt*

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Man bemerkt sofort, daß die so verwirklichte Pendelaufhängung des Gehäuses instabil ist, da im vorliegenden Fall die Schwerkraftskräfte von oben nach unten gerichtet sind. Jeder Abweichung vom Zentrum der Plattform 3 im Verhältnis zu seiner mittleren Gleichgewichtsposition (oder metastabilen Position) dargestellt in voll ausgezogenen Strichen in Fig. 1, entspricht tatsächlich der Angriff von transversalen Komponenten der Schwerkräfte an dieser Plattform, die mit dieser Abweichung wachsen und in Richtung der Zunahme dieser Abweichung ausgerichtet sind. Das ist ein negativer Einfluß. Man sieht übrigens in Fig. 1, wo eine verschwenkte Lage (gestrichelt dargestellt) die Wirkung hat, daß das Schwerkraftszentrum G nach G¹ abfällt.

Die Hauptrolle der elastischen Verbindung der unteren Etage E^ besteht demgemäß darin, das Gleichgewicht der Aufhängung wiederherzustellen, in dem sie, zwischen dem Rahmen des Drehgestells 2 und der Plattform 3, Kräftesysteme entwickelt, deren transversale Komponenten längs der Plattform die Schwerkraftskomponenten, welche durch Instabilität verursacht sind, auszugleichen.

Die Stabilität der Anordnung würde so durch diese elastische Aufnahme aufrechterhalten, ohne hierfür sich einer momentanen Winkelabweichung unter der Wirkung einer Zentrifugalkraft zu widersetzen, wobei die elastischen Mittel nur dazwischen angeordnet und nur so berechnet werden, daß die Schwerkraftskomponente, welche aus der Drehung resultiert, ausgeglichen wird.

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Auf der Grundlage der im vorhergehenden beschriebenen grundsätzlichen Vorrichtungen werden im folgenden nun eine Zahl von Ausführungsformen beschrieben, selbstverständlich nur beispielsweise und in keiner Weise beschränkend für die Erfindung.

Aufbau der oberen Etage E :

Was zunächst die Zwangsverbindung anbelangt, so kann z.B. gemäß einer sehr einfachen Ausführungsform, dargestellt in den Fig. 1 und 2 ebenso wie in Fig. 7 und 8, ein zentraler Zapfen A vorgesehen werden, der mit dem Boden des Gehäuses 1 fest verbunden ist und der in vertikaler Führung und in Drehung mit einem koaxialen Lager 5 zusammenwirkt, welches mit der Plattform fest verbunden ist.

Um jedenfalls die Wirkung der Reibung, der Führung auf die Qualität der vertikalen Aufhängung möglichst klein zu halten, können verschiedene Vorrichtungen verwendet werden, was die Wahl und die Schmierung der Kontaktmaterialien anbetrifft. Man kann auch das Lager 5 im Verhältnis zu der Plattform 3 mit Hilfe von elastischen bekannten Elementen aufhängen (wie sie z.B. in der französischen PS 1 272 175 vom 12. Aug. 1960 beschrieben sind), welche für diese Verbindung eine große Flexibilität in der axialen Führungsrichtung des Zapfens und zur gleichen Zeit eine sehr große Starrheit im Hinblick auf Jede radiale oder konische Beanspruchung erlauben.

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Eine andere Ausführungsform, gezeigt in den Fig. 3-6 ebenso wie in Fig. 9 und 10, welche ohne Führung auskommt, besteht darin, daß die Plattform 3 in ihrem Zentrum und in gelenkiger Art und Weise mit einem vertikalen Zapfen 18 verbunden ist, der bei 17 durch die Plattform getragen wird und der ein Gabelgelenk oder Ähnliches 19 durchquert, das wenigstens mit einem Arm 20 verbunden 1st, der in einer schwingenden Art an dem Gehäuse befestigt ist, und zwar in einem passenden Abstand b von der mittleren Querachse des Drehgestells.

Insbesondere kann man eine Dreiecksvorrichtung verwenden, mit zwei Armen, die auf dem oben beschriebenen Zapfen zusammenlaufen und um ebenfalls zusammenlaufende Achsen 21a, 21b angelenkt sind. DarUberhinaus kann man eine einstückige zweiarmige Anordnung 20 verwenden, gemäß Fig. 3» unter Zwischenschaltung von elastischen Muffen an den Gelenken. Ein solcher Dreieckslenker bewirkt, daß die Drehachse 18 in der mittleren Ebene des Gehäuses aufrechterhalten wird, wobei der Achse - ebenso wie der Plattform 3 - im Verhältnis zum Boden des Gehäuses 1 Winkelabweichungen in der mittleren longltudinalen Ebene, nahe benachbart der vertikalen Translation, die Gleichgewichtsposition tangierend erlaubt sind.

Eine andere Ausführungsform, dargestellt in den Flg. 5 und 6, zeigt einen einzigen Arm 20, der in der mittleren Ebene des Gehäuses angeordnet und bei 21 angelenkt ist, in Verbindung mit Querstreben 50, die im wesentlichen in ihrer mittleren Ruheposition horizontal angeordnet und an Ihren äußeren Enden entsprechend an dem Gehäuse 1 und an dem zentralen Arm 20 mittels geeigneter Gabelgelenke 51 angelenkt sind.

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Diese Streben 50 sind mit einer begrenzten Längsdehnbarkeit versehen, welche z.B. durch die Einführung von elastischen Muffen 51 an ihren Endgelenken erhalten wird. (S. Fig. 6).

In Verbindung mit dieser Aufhängung mit einem Schwingungsarm und um die Parallelität des Gehäuses 1 und der Plattform 3 in der mittleren Ebene zu gewährleisten, sieht man vorteilhafterweise eine Vorrichtung gegen das Schlingern vor, welche z.B. wie folgt angeordnet ist: (Fig. 3-5 und Fig. 9).

Man lenkt an dem Gehäuse 1 symmetrisch bei 22a und 22b eine starke Querstange (oder Rohr) 23 gegen das Schlingern an, die an ihren beiden Enden mit Hebeln 24 verbunden ist, die im wesentlichen horizontal angeordnet sind und deren Endgabelgelenke 24a und 24b, die (bei fehlen eines Ausschlages) in der mittleren Querebene des Drehgestells und der Platt form 3 gelegen sind, mit entsprechenden Lagerzapfen 25a und 25b, die an den äußeren Seiten der Plattform 3 angebracht sind, über Stangen 26 verbunden sind, die im wesentlichen vertikal angeordnet und an den Gabelgelenken und Lagerzapfen angelenkt sind.

Die Stange 23 gegen Schlingern und Neigen, die unempfindlich durch die anfängliche Vertikalität der Stangen 26, gegenüber Ausschlägen β des Drehgestells gemacht ist, widersetzt sich im Gegenteil hierzu sehr wirksam relativen Querneigungen der Plattform 3 und des Gehäuses 1 und begrenzt die Lagewinkel, die auf zentrifugale nicht ausgeglichene Beanspruchungen und auf die Wirkung des Seitenwindes zurückzuführen sind, auf vernachlässigbare Werte.

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Was die elastische Verbindung der oberen Etage E₃ anbetrifft, so stellt man diese z.B. durch Federn 7 in senkrechter Aufhängung her (Fig. 1) die -zwischen Gehäuse 1 und Plattform 3 angeordnet sind und deren Wahl dem Ermessen überlassen ist (Schraubenfedern, pneumatische Federn usw.) ebenso wie deren Anordnung (Zahl, Auslenkung usw.). Diese Federn sind immer gleich belastet und müssen nur einer einzigen besonderen Forderung genügen, nämlich relative tangentielle Verschiebungen ihrer Auflageoberflächen entsprechend den maximalen Ausschlägen Q_n der Drehgestelle (- 6°) zu gestatten.

Aufbau der unteren Etage E₁:

Die Zwangsverbindung besteht im wesentlichen aus dem oben beschriebenen Trapez.

Sie ist insbesondere verwirklicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, dargestellt in den Fig. 1 und 2, symmetrisch auf beiden Seiten der mittleren longitudinalen Gleichgewichtsebene im Ruhezustand des Rahmens 2 des Drehgestells und der Plattform J mit Hilfe von zwei gleichen starren Dreiecken 6, die an ihrer oberen Seite an ihrer Basis an zwei longitudinalen Achsen 8 angelenkt sind, die mit der Plattform 3 verbunden sind und an ihrem unteren Scheitelpunkt mit einem allseitig beweglichen Gelenk 9 - z.B. einem Kugelgelenk - auf den zusammenwirkenden Unterstützungsflächen 10 - z.B. Wannen - versehen sind, die mit dem Rahmen des Drehgestells 2 verbunden und so tief wie möglich gelegen sind - z.B. an den äußeren Enden, benachbart den Längsdrehern, einer mittleren Strebe 11, die die große Basis des transversalen Aufhängungstrapezes verwirklicht -.

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Die Dreiecke 6 übertragen somit die vertikalen Belastungen des Gehäuses 1 und der Plattform 3 unter Druckbeauspruchung auf den Rahmen des Drehgestells 2.

Sie übertragen außerden longitudinale Trägheitsbeanepruchungen, die auf die gleichen Elemente bei Bremsung einwirken (und bei Beschleunigung, wenn es sich um ein Antriebsdrehgestell handelt).

Wenn man die gesamte Trägheitskraft im Schwerpunkt des Wagens im Falle der Bremsung mit 2J bezeichnet, dann wird auf Jedes Kugelgelenk 9 im Abstand h von dem Bahngleis eine ' Kraft J/p ausgeübt. Wenn man den Abstand der Vorderräder von den Hinterrädern mit L bezeichnet, erhält man unter diesen Bedingungen für den Zuwachs dZ der Belastung Auf der Vorderachse die Formel

J/₂ xh

₊dZ a

Da h klein ist, sieht man, daß die erfindungsgemäße Aufhängung Anlaß zu kleinen Unterschieden der jeweils an den Achsen des Drehgestells unter der Bremswirkung wirksamen Belastung gibt.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel (vorzuziehen aufgrund der Ausbildungs- und Unterhaltungeechwierigkeiten, die bei den Kugelgelenken 9 auftreten können), wird die Funktion des allseitig beweglichen Gelenks in zwei orthogonale Rotationen aufgeteilt und diee z.B. in einer Weise, dargestellt in den Fig. A und 7-9.

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Die untere Strebe 11 ist an Stelle einer festen Verbindung mit dem Rahmen 2 mit diesem in der Nachbarschaft der Längsträger durch zwei elastische Gelenke 13 verbunden, die geeignet sind, auf die Längsträger vertikale und transversale Belastungen aus Richtung des Gehäuses 1 und der Plattform 3 zu übertragen und darüber hinaus um ihre gemeinsame longitudinale Achse (quer zu dem Rahmen) mit einer elastischen Winkelbeweglichkeit versehen sind entsprechend dem "Galopp"-freiheitsgrad des Drehgestells.

An der Strebe 11, frei zur Drehung um ihre longitudinale Achse, und an den Stellen der äußeren Enden der großen Basis des Aifhängungstrapezes sind starr zwei Achsen 14 befestigt, parallel und identisch (bis auf ihre Länge) den Achsen 8 der Plattform 3« Auf beiden Seiten dieser Achsen wird eine Variante 6a des Dreiecks 6 angelenkt, abgeändert zu diesem Zweck in Form einer versteiften Doppelgabel, wobei das Kugelgelenk 9 der unteren Seiten der Fig. 1 einfach durch Gelenke ersetzt worden ist, die mit der Achse 14 zusammenwirken.

Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, in einer einzigen Baugruppe alle Elemente der transversalen Zwangsverbindung zu vereinigen und deren Montage zu erleichtern, wobei die Gelenkblöcke 13 leicht zwischen die Längsträger des Rahmens eingeschoben und in einer Stellung vor der Befestigung abgestützt werden können.

Was nunmehr die elastische Verbindung betrifft, welche in der unteren Etage E^ vorgesehen ist, so wird diese z.B. in der folgenden Art verwirklicht.

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Im Prinzip ist Jedes Fjedersystem - wie es schematisch bei 12 in Fig. 2 dargestellt ist - welches in der Ebene der transversalen Aufhängung wirkt und sich entsprechend auf dem Rahmen 2 und auf der Plattform 3 abstützt, geeignet - mittels einer geeigneten Dimensionierung - der Plattform transversale Beanspruchungen aufzuerlegen, in dem es sich einer negativen Aufnahme der transversalen Schwerkraftskomponenten widersetzt.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen wird man unter den Federvörrichtungen diejenigen auswählen, die über die erforderlichen transversalen Aufnahmebelastungen hinaus geeignet sind, dauernd auf die Plattform 3 von unten nach oben gerichtete Kräfte auszuüben, deren Werte^ so dli» Schwerkraftsbelastungen einschränken können, die auf die Dreiecke 6 und die verankerten Gabeln 6a und deren Gelenke ausgeübt werden.

In einer ersten Ausführungsform (Fig. 7 und 8), die insbesondere in dem Fall verwendbar ist, in welchem die untere Strebe 11 mit einem Drehfreiheitsgrad versehen ist, befestigt man auf beiden Seiten des zentralen Teils dieser Strebe zwei Achsen 14a, parallel zu den äußeren Achsen An diesen Achsen schließt man die äußeren unteren Enden von zwei Paaren von ineinanderschiebbaren teleskopischen Stangen 15 an, deren obere Enden ihrerseits mit den Achsen 8 der Plattform 3 gelenkig verbunden sind, innerhalb der Gabelgelenke 6a. Jede verschiebbare Stange 15 ist mit einer Scheibe 16 versehen. Eine Schraubenfeder 12 ist zwischen diesen zwei Scheiben befestigt, wobei sich die Feder in der mittleren Stellung des Systems in einem vorgespannten

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Druckzustand befindet. Die Stangen 15 üben also schräge gleiche Kräfte auf die Achsen 8 aus, deren horizontale Komponenten sich gegenseitig das Gleichgewicht halten, aber deren Komponenten F in Richtung der Ebenen der Gabeln 6a von unten nach oben gerichtet sind und die von oben nach unten verlaufenden Schwerkraftskräfte verringern.

Man sieht andererseits, daß jeder transversalen Verschiebung der Plattform 3, im Verhältnis zu ihrer mittleren Symmetriestellung, eine Verlängerung (damit eine Verringerung der Kraft) des Paares der verstellbaren Stangen 15 entspricht, die auf der Seite der Verschiebung gelegen sind, und eine Verkürzung (und damit ein Anwachsen der Kraft) des anderen Paares.

Eine andere Ausführungsform der elastischen Aufnahme (Fig.9) ausgehend von dem gleichen Erfordernis der Reduzierung der statischen Belastungen, die auf die Dreiecke 6 und Gabeln 6a ausgeübt werden, besteht darin, daß - immer in symmetrischer Anordnung und in der transversalen Aufhängungsebene - Elemente 27 aus Gummi oder aus Gummi-Metall verwendet werden, mit einer ungefähr prismatischen Form, deren Endabschnitte oder Oberflächen, die an starren Scheiben angeklebt sein können, mit zusammenwirkenden Oberflächen fest verbunden sind, die entsprechend auf der Unterseite der Plattform 3 und auf der Strebe 11 gelegen sind. Bei angemessener·Orientierung und anfänglicher Ausrichtung in einer Art, daß sie sich in ihrer Gleichgewichtsmontagestellung in einem vorgespannten Druckzustand befinden, werden diese Elemente während der Querausschläge der Plattform 3 senkrechten und insbesondere tangentiellen Deformationen

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unterworfen. Die elastische Aufnahme von Schwerkräften (bei diesen Elementen) trägt dazu bei, für einen ausschlaggebenden Teil, daß Querkräfte entstehen, die die seitlichen Beanspruchungen aufgrund der Schwerkraft ausgleichen.

der Vorteile dieser Lösung, über ihre Einfachheit ί , hinaus, besteht in der automatischen Wirkung, durch die

elastomere Hysterese, einer erheblichen Dämpfung der Pendel-P sc'hvilhgungen, die das Gehäuse erregen können, insbesondere in Übergangsbereichen zwischen zwei folgenden stabilen Werten der Lggewinkel und im Falle von seitlichen Stößen aus der Richtung der Gleise.

Gemäß einer weiteren Vorrichtung der Erfindung insbesondere im Falle, in welchem die Plattform drehbar mit wenigstens einem Arm oder einem Armsystem 20 verbunden ist (Fig. 3-5) welches an einem Ende an dem Gehäuse angelenkt ist, macht man durch eine geeignete geometrische Vorrichtung jede Tendenz des Gehäuses, sich nach vorne oder nach hinten unter der Wirkung einer Verzögerung oder Beschleunigung zu neigen, zunichte.

Es genügt zu diesem Zwecke, wie es leicht veranschaulicht ist, und wie es aus dem Gebiet der Verbindungen von Radaufhängungen für Straßenkraftfahrzeuge bekannt ist, daß die transversale Ebene AG (Fig. 10), die durch das Quergelenk 9 oder 13 der oben beschriebenen Trapeze auf der Strebe 11 (Punkt A Fig. 10) und durch das Gelenk 21 des oder der Arme 20 (Punkt B in Fig. 10) hindurchgeht, auch durch den Schwerpunkt G des Gehäuses geht.

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Wenn man die halbe Distanz zwischen den Drehgestellen E/₂ nennt und die horizontale Distanz zwischen der Strebe 11 und dem Gelenk 2.1 mit b bezeichnet, während h, h^ und H entsprechend die Höhen der Gelenke 9 oder 13» 31 und des Schwerpunktzentrum G oberhalb der Schiene bezeichnen, muß folgende Beziehung gelten:

h₁ - h

H - h

Um die geeignete Ausführungsform zu finden, kann man Aufhängungen für Eisenbahnwagen herstellen, die vollkommen den Zielen, die man sich gestellt hat, entsprechen und die oben gekennzeichnet worden sind.

Mit einfachen Mitteln ist es gelungen, eine vollkommene Stabilität zu gewährleisten, wobei man dem Gehäuse die Möglichkeit belassen hat, sich in angemessener Weise unter der Wirkung der Zentrifugalkraft auszurichten, während die Geschwindigkeit den W»rt, der der Überhöh ung der Gleise entspricht, überschreitet. Darüber hinaus ist die allgemeine Aufhängung des Gehäuses unempfindlich gegen die Wirkung von Verzögerungen oder Beschleunigungen und gegenüber der Wirkung von seitlichen Winden.

Wie schon aus dem oben beschriebenen hervorgeht, ist die Erfindung keineswegs auf ihre Ausführungsbeispiele beschränkt, insbesondere nicht auf die Ausführungsbeispiele, mit ihren verschiedenen Teilen, die näher beschrieben worden sind. Die Erfindung umfasst im Gegensatz hierzu alle AusfUhrungsformen. Insbesondere ist folgendes zu erwähnen:

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Der maximale Wert der transversalen Abweichung der Plattform 3 könnte begrenzt sein durch die Anbringung eines hervorspringenden Anschlages 29 (Fig. 9) der z.B. zwischen der Plattform 3 und den Trägern des Rahmens 2 wirkt.

Elastomere Teile ,die zwischen den starren Elementen wirksam werden, könnten für die verschiedenen Gelenke verwendet werden.

Ψ Man könnte insbesondere elastische Reaktionen für die Gelenke als Hilfsmittel für die Rückführung der zusammenwirkenden Elemente in eine mittlere Position verwenden.

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Claims

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- 25 Patentansprüche

V 1.Yufhängung für Wagen, insbesondere für Eisenbahnwagen ^—^mi"t einem Element oder einer Plattform auf jedem Fahrgestell oder Drehgestell, wobei dieses Element zwischen dem Rahmen des Drehgestells und dem Gehäuse des Wagens angeordnet ist und mit diesen durch zwei Verbindungssysteme entsprechend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungssystem zwischen der Plattform und dem Gehäuse einerseits aus einer geeigneten Zwangsverbindung (kinematischen Verbindung) besteht, um nur einen Freiheitsgrad der vertikalen Translation und einen Rotationsfreiheitsgrad um eine im wesentlichen vertikale Achse für den Einschlag des Drehgestells zu ermöglichen, und andererseits aus einer elastischen Verbindung besteht, um den vertikalen Belastungen standzuhalten, daß das Verbindungssystem zwischen der Plattform und dem Rahmen des Drehgestells einerseits eine Zwangsverbindung aufweist, die eine Drehbewegung der Plattform erlaubt, im Bezug zu dem Rahmen, in einer transversalen Ebene, die ihrersei ts um eine transversale mittlere Achse des Rahmens verstellbar ist und an dem Boden dieses letzteren gelegen ist, und daß das Verbindungssystem andererseits eine elastische Verbindung aufweist, die geeignet ist, in der Ebene der Plattform transversale Komponenten zu erzeugen, die die durch Instabilität verursachten Schwerkraftskomponenten ausgleichen.

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2. Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwangsverbindung zwischen der Plattform und dem Rahmen des Drehgestells im wesentlichen durch ein Gelenktrapez hergestellt wird, dessen große Basis an dem Rahmen und dessen kleine Basis an der Plattform ausgebildet ist, wobei die seitlichen Lenker des Trapzes an ihrem unteren Teil auf einer tiefen mittleren Strebe des Rahmens angelenkt sind, mit Hilfe von Kugelgelenken oder allseitig beweglichen Gelenken.
3. Aufhängung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwangsverbindung zwischen Gehäuse und Plattform mittels eines Zapfens erreicht wird, der mit einem Lager, getragen durch die Plattform, zusammenwirkt.
4. Aufhängung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwangsverbindung zwischen Gehäuse und Plattform mittels wenigstens eines Armes erreicht wird, der an einer Seite an dem Gehäuse und an der anderen Seit© an der Plattform durch einen Zapfen, welcher diese durchdringt, angelenkt ist.
5. Aufhängung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Arme aufweist, die an dem Gehäuse mit zwei verschiedenen Gelenken angelenkt sind, insbesondere um zwei zufimmenlaufende Achsen, unter Zwischenlage von elastischen Muffen.

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6. Aufhängung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm an dem Gehäuse um eine einzige Achse angelenkt ist, und daß er darüber hinaus durch zwei symmetrische Streben vorgespannt ist, die an ihren Enden angelenkt und mit einer geringen longitudinalen Dehnbarkeit versehen sind.
7. Aufhängung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie darüber hinaus eine Vorrichtung gegen Schlingern aufweist, insbesondere eine Torsionsstange.
8. Aufh'incung nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Arme des Trapezes in einer Dreiecksform angeordnet sind, dessen obere Basis auf der Plattform gelagert ist, während der untere Scheitelpunkt auf der tiefen mittleren Strebe des Rahmens des Drehgestells angelenkt ist.
9· Aufhängung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheitelpunkt jedes Dreiecks ein Kugelgelenk aufweist, welches in einer Pfanne,getragen von der tiefen Strebe des Drehgestells, angeordnet ist.
10. Aufhängung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheitelpunkt des Dreiecks eine Gabel aufweist, die kardanisch auf der tiefen Strebe des Rahmens befestigt ist.
11. Aufhängung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Verbindung zwischen Gehäuse und Plattform durch Federn deart verwirklicht ist, daß die relativen, begrenzten Drehbewegungen der Drehgestellanordnung für ihren Einschlag möglich sind.

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12. Aufhängung nach Anspruch 1 oder ?., dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Verbindung zwischen Plattform und Rahmen des Drehgestells durch Federn hergestellt wird, die schräg zwischen die entsprechenden Elemente von Plattform und Rahmen eingefügt sind.
13. Aufhängung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß diese Federn einer Vorspannung unterworfen sind, um eine Resultierende in transversaler Richtung der Plattform zu

ψ erzeugen, die, im Ruhezustand Null, anwächst, wenn die Anordnung des Gehäuses und der Plattform quer von ihrer Gleichgewichtsposition abgelenkt wird,und so eine Rückstellkraft begründet, die die Stabilität gewährleistet.
14. Aufhängung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Federn einerseits zwischen einer tiefen Strebe des Rahmens in der Nähe seines Zentrums und andererseits zwei Anbringungspunkten, die an den seitlichen Begrenzungen der Plattform vorgesehen sind, angeordnet sind.
15. Aufhängung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn durch Gummimassen gebildet werden.
16. Aufhängung nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere transversale Achse des Rahmens Jedes Drehgestells, um welche die Plattform sich drehen kann, unterhalb der Achse der Räder des Drehgestells angeordnet ist, nahe den Gleisen, in einer Art, um den Einfluss des longitudinalen Kippmomentes des Drehgestelles unter der Wirkung von Beschleünigungs- und Verzögerungskräften zu begrenzen.

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17. Eisenbahnwagen mit Drehgestell, dadurch gekennzeichnet, daß diese Drehgestelle eine Aufhängung gemäß einem der Ansprüche 1-16 aufweisen.
18. Wagen nach Anspruch 17» der Drehgestelle mit einem Aufhängungssystem gemäß Ansprüchen 1-4 in seiner Anordnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerung der Ebene, die einerseits durch die mittlere transversale Achse der Neigung des Drehgestells und andererseits durch die Achse des Gelenkes des Armes, der mit dem Gehäuse verbunden ist und den vertikalen Zapfen des Drehgestelles trägt, bestimmt ist, ebenfalls durch den Schwerpunkt des Gehäuses des Wagens geht.
19. Aufhängung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,daß die seitlichen Lenker des Trapezes in einem Punkt konvergieren, der ungefähr auf der halben Höhe der seitlichen Oberfläche des betrachteten Wagens gelegen ist.

20981 0/ 1 3 Λ 2

so .

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