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Elastische Verbindung zwischen Wagenkasten und Drehgestell, insbesondere
Mehrzweckdrehge stell ohne Wiegebalken und Reibteile für Schienenfahrzeuge Die Erfindung
betrifft die konstruktive Ausbildung der elastischen Verbindung zwischen Wagenkasten
und Drehgestell, insbesondere diejenige eines Mehrzweckdrehgestelles ohne Wiegebalken
und Reibteile für Schienenfahrzeuge.' Eine sehr wichtige Baugruppe von Schienenfahrzeugen
stellt die Verbindung zwischen dem sich an das ungefederte Laufwerk durch sog. Primärfederung
anschliessenden Drehgestell und dem Wagenkasten dar, die grundsätzlich und hauptsächlich
aus der mit der ufhängung, bzw. Unterstützung des
Wagenkastens eine
Baueinheit bildenden sog. Sekundärfederung besteht. Die vorliegende Baugruppe ist
vor allem für die folgenden Aufgaben bestimmt: Sicherung einer weichen senkrechten
Federung des Wagenkastens, Herabsetzung der von Bahnstrecke und Drehgestell herrührend
auf den Wagenkasten wirkenden dynamischen Querkräfte, bzw. Aufnahme von Auerverschiebungen;
d.h. die Sicherung einer entsprechenden uerfederung neben einer stabilisierenden
Wirkung, - ferner Übertragung von Zug und Bremskräften in Längsrichtung des Wagens
zwischen Drehgestell und Wagenkasten bzw. umgekehrt; -schliesslich Sicherung der
klemmungsfreien Kurvenfahrt des Drehgestelles.
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Zur Erfüllung der obenaufgeführten Ziele sind heutzutage bereits
ausgereifte Baugruppen der Schienenfakirzeuge, - wie die Drehzapfen-Gleitstützen-Verbindung,
sowie der durch Feder unterstützte und aufgehängte, auch eine tuerschwangung zulassende
Wiegebalken - schon früher bekannt geworden.
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Die Drehgestelle mit Drehzapfen bzw. Wiegebalken erschienen im Laufe
der Zeit in zahlreichen, verschiedensten Ausführungen, und wurden ihrerzeit den
damaligen Erfordernissen gerecht. Diese Lösungen waren jedoch im allgemeinen mit
den folgenden Nachteilen behaftet: Kompliziertheit und Kostspieligkeit der Konstruktion,
beschränkte Lebensdauer wegen Verschleiss, unsichere mechanische Kennwerte infolge
der vorhandenen Reibteile, hohe Wartungs- und Unterhaltungskosten, ferner ein verhältnismäßig
hoher Gewichts- bzw. Raumbedarf.
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Man strebte nun die obenangeführten Nachteile dieser bereits als
herkömmlich bezeichneten Drehgestellösungen durch verschiedene kombinierte mechanische
oder pneumatische Lösungen zu beseitigen. Bei den kombinierten mechanischen Drehgestellen
haben die konstruktiven Bemühungen in gewissen Fällen eine Vörbesserung in gewisser
Hinsicht erzielt, sie waren aber nicht im Stande, sämtlichen Forderungen zu genügen.
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Somit sind also Drehgestellkonstruktionen bekannt, bei welchen zur
Unterstützung des Wagenkastens auf ihre Achsrichtung
auch senkrecht
beanspruchte Schraubenfedern (Flexicoil) ohne Wiegebalken eingesetzt wurden. Bei
dieser Lösung ergaben die Schraubenfedern eine entsprechende vertikale Federung
und sicherten die Rückstellkraft in Querrichtung, sie vertraten aber einen übermässigen
Widerstand in Bahnkrmmungen, bei Kurvenfahrt. Die angreifenden Federkräfte gaben
Anlass zu -hohen Spurkranzdrücken und zu gesteigertem Spurkranz- und Schienenverschleiss.
Zur Milderung dieser Wirkung stellte man Verbindungen mit Gleitstützen oder Pendelaufhängung
zwischen Wagenkasten und Drehgestell bei einigen Lösungen her.
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Bei anderen bekannten Drehgestellausführungen hat man die Verbindung
swischen Drehgestellrahmen und Wagenkasten aus Schraubenfedern und hiergegen abgestützten
laminierten Gummifedern mit dem Zweck, bezüglich der Verringerung des in Krümmungen
auftrete nden-lenkmomentes günstige Eigenschaften zu erhalten, ausgeführt. Dabei
wurde aber ein Drehzapfen verwendet und dem Wagenkasten wurde kein Querschwingespiel
era laubt.
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Bei weiteren bekannten Lösungen vurden anstelle eines Drehzapfens
bereits laminierte Gummifedern in Längsrichtung des Wagens zur Übertragung der Zug-
und Bremskräfte angebracht.
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Die obenangeführten, die Behebung der allgemeinen Nachteile der herkömmlichen
Drehzapfen-Gleitstützen-Wiegebalken-I)rehgestelle bezweckenden mechanischen Lösungen
brachten also eine Verbesserung ausgewissem Gesichtspunkt mit sich, sie waren aber
nicht geeignet, alle der Verbindung zwischen Drehgestell und Wagenkasten gegenüber
gestellten Forderungen gleichzeitig in entsprechendem Klasse zu befriedigen.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der Nachteile
der bislang bekannt gewordenen Drehgestellkonstruktionen, insbesondere derjenigen
der Verbindung zwischen Drehgestell und Wagenkasten. Somit liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, eine elastische Verbindung zwischen Wagenkasten undJrihgestell,
insbesondere ein Mehrzweckdrehgestell ohne Wiegebalken und Reibteile für Schienenfahrzeuge
zu schaffen,
wodurch alle, dem Drehgestell gegenüber gestellte und
auf gezählte Änforderungen gleichzeitig erfüllt, und zusätzlich weitere Vorteile,
wie vermindertes Gewicht, vereinfachter Aufbau, geringerer Wartungsbedarf und höhere
Lebensdauer -ungeachtetdessen, ob es sich um ein Trieb- oder Laufdrehgestell, bzw.
um Breit-, Normal- oder Schmalspufahrzeuge handelt - mit erzielt werden können.
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Die Erfindung hat insbesondere den Zweck, Verschleiss ausgesetzte,
Wartung bedürfende, verwickelte und wegen des Vor handenseins von Reibung unbestimmte
mechanische Kennwerte aufweisende Baugruppen (Drehzapfens Gleitstütze, Wiegebalken)
zu vermeiden.
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Pls Grundlage der Erfindung dient die Erkennung, dass die Nachteile
der Federungssysteme der bisher bekannten Drehgestellkonstruktionen behoben und
die gegenüber dem Drehgestell gestellten Forderung auf derzeit höchstem Niveau befriedigt
werden können, indem ein Federungssystem entwickelt wird, bei welchem durch entsprechende
Kombination und Anordnung von Schraubenfedern und laminierten Gummifedern, eine
zweckbewulste Gestaltung der laminierten Gummifedern, sowie die funktionelle Bestimmung
der Federn ermöglichenden Anordnung der Federn während der auftretenden Verschiebungen
eine gegen allerlei Verschiebung und Verdrehung genügende Steifigkeit. und entsprechende
Charakteristik gewährleistende Federung hergestellt werden kann. Die zum Erreichen
des mit der Erfindung gesetzten Ziels vollzuziehende Aufgabe besteht also im wesentlichen
in der entsprechenden Anordnung von gegen Verschiebungen und Verdrehungen in verschiedenen
Richtungen zufriedenstellende Kennzahlen aufweisenden Federn, in der Koordinierung
ihrer Zusammenarbeit, sowie in der Sicherung ihrer verzerrungsfreien Stellung und
demgemäß in der Verwirklichung der gewünschten Kennwerte.
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Das obige Ziel wird erfindungsgemäß durch die Entwicklung eines Mehrzweckdrehgestells,
bzw. durch Schaffung einer tlastischen Verbindung zwischen Wagenkasten und Drehgestell
erreicht,
bei der i den äusseren Seiten des Drehgestelles aus zweckmäßigerweise neben dem
Drehgestellrahmen gesenkten, sich konsolenartig stütz enden, symmetrisch angeordneten
Schraubenfedern und damit in Reihe geschalteten, laminierten Gummifedern bestehende
Federgrúppen zur Unterstützung des Wagenkasten untergebracht, und anstelle des herkömmlichen
Drehzapfens zwischen die Hauptquerträger des Drehgestelles eingespannte laminierte
Gummifedern in Längsrichtung eingebaut werden, woran sich eine vom Hauptquerträger
des Untergestelles herabreichende Konsole anschliesst.
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Zur Erreichung der entsprechenden Federsteifigkeit sind die laminierten
Gummifedern von Rechteckform, so dass sie in verschiedenen Richtungen unterschiedliche
Steifigkeiten aufweisen. Die laminierten Wagenstützen-Gummifedern sind sowohl in
Querrichtung, als auch in Längsrichtung von mässiger Steifigkeit. Die den Drehzapfen
ersetzenden laminierten Gummifedern sind in senkrechter Richtung von Null- oder
Minus--Steifigkeit, während sie in Querrichtung eine wesentliche Steifigkeit besitzen.
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Die an beiden Seiten des Drehgestelles angeordneten, in Reihe geschalteten
Schraubenfedergruppen und laminierten Gummifedergruppen sind mit einer in Leichtbauweise
ausgeführten Stabilisator-Bsugruppe verbunden, die eine Verdrehung der Ebene zwischen
Schraubenfeder und laminierter Gummifeder unter Momentenwirkung verhindert, und
in dieser Weise hält; sie die Quersteifigkeit des Federsystems während seiner Verstellung
jederzeit auf einem dem Kennbild entsprechenden Wert, und sichert auch die regelmässige,
parallele Zusammenarbeit der beiderseitigen Federsysteme.
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Durch die abgesenkte Anordnung der an beiden äusseren Seiten des
Drehgestelles angeordneten und in Reihe geschalteten Schraubenfedern und laminierten
Gummifedern neben dem -Drehgestell lässt sich eine niedrigere Einbauhöhe erzielen.
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Gleichzeitig vermindert sich die Neigung des sich auf breiter Basis
stützenden Wagenkastens zum taumel um seine
Längsachse.
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Zwischen dem Drehgestellrahmen und dem Wagenkasten sind Gummiseitenanschläge
vo'rgesehen, die bei annähernd der Hälfte der maximalen Querverstellung stossfrei
ansprechen und ihre zweckmässigerweise progressive Kennlinie schliesst sich knickfrei
an die result-terende lineare Kennlinie der, Querfederung.
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Der Einbau der den Drehzapfen ersetzenden laminierten Gummi-Längsfedern
geschieht zweckmässigerweise mit einer ein stellbaren Vorspannvorrichtung,4 die
auch nach Einbau beim Einbinden und Ausbinden des Drehgestelles zwischen den Gummifedern
bleibt und dieselben vorgespannt hält. Durch die einstellbare Vorspannvorrichtung
lässt sich die Steifigkeit der resultierenden Querfederung des Fahrzeuges beeinflussen0
Die erfindungsgemäße elastische Verbindung führt - eine entsprechende Bemessung
vorausgesetzt - auf folgende Vorteile: - die senkrechte Federung wird entsprechend
weich und der Krümmungswiderstand' des Drehgestelles bleibt gleichzeitig niedrig,
- - bei der Querfederung sind die den Drehzapfen ersetzenden laminierten Gummifedern
infolge ihrer Rechteckform von beträchtlicher Steifigkeit und ergeben mitsamt den
Wagenstützfedern eine entsprechende Querfederung, sowie Rückstellkraft, - dank denselben
wird die senkrechte Federung infolge ihrer Null- oder Minus-Charakteristik nicht
härter und es wird eine elastische Ubertragung der Längskräfte gesichert, - durch
die abgesenkte Anordnung der in Reihe geschalteten Schrauben- und Gummifedern neben
der äusseren Seite des Drehgestellrahmens kann eine entsprechend niedrige Bauhöhe
gesichert werden, - durch die Unterstützung auf breiter Basis vermindert sich die
Neigung, des Wagens zum Taumeln um die Längsachse.
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Weitere neuartige Merkmale der Erfindung stellen die Führung der
beiderseits angeordneten Federgruppen durch eine stabilisierende Vorrichtung, die
Vorspann-VersteifunfIsvorrichtung der den Drehzapfen ersetzenden laminierten Gummifeder,
sowie der reibungsfreie, elastische Anschluss aller Bauteile der Verbindung zwischen
dem Tragwerk, bzw. dem Wagenkasten und dem Drehgestell dar.
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Die aufgezählten erfindungsgemäßen Maßnahmen resultieren in ihrer
Gesamtheit in entsprechenden Betriebseigenschaften, einem niedrigen Gewicht, einer
wirtschaftlichen Herstellung und Wartung, sowie in guten Laufkennwerten.
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Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand
der Zeichnung ausführlich beschrieben. In der Zeichnung sind; Fig. 1 eine Seitenansicht
des Drehgestells nach der Erfindung, Fig 2 ein Längsmittenschnitt des obigen Drehgestelles,
Fig 3 die Draufsicht desselben Drehgestelles, und Fig. 4 ein Querschnitt des Drehgestelles,
schematisch dargestellt.
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Radsätze 1 des Drehgestelles nach der Erfindung sind über Winkelhebel-Radlenkern
2 in der üblichen Weise an einen Drehgestellrahmen 3 unter Zwischenschaltung einer
zwischen Radsatz und Drehgestellrahmen vorgesehene sog. Primärfederung 4 (Fig. 1,
2) angeschlossen.
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Sin Fahrzeugkasten 5 stützt sich senkrecht, Über an beiden Lnngsseiten
des Drehgestelles aussen angebrachte Schraubenfedern 6 und damit in Reihe geschaltete
laminierte Wagenkasten-Gummistützfe de rn 7 gegen Konsole des Drehgestellrahmens
3 ab.
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Ein Teil der Zug- und 3remskräfte, ferner der Fahrzeug-Querkräfte
wird über eine Konsole 9 auf den Wagenkasten 5t bzw. das Drehgestell übertragen.
Weitere laminierte Gummifedern 10 sind zwischen der am Fahrzeugkasten befestigten,
nach unten ragenden Konsole 9 und dem Drehgestellrahmen 3 mit entsprechender Vorspannung,
in waagerechter Lage eingebaut.
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Die Ebenen zwischen den Schraubenfedern 6 und den Wagenstützgummifedern
7 sind mit einer Stabilisatorvorrichtung 8 @ verbunden, deren Gestaltung in Fig.
3 und 4 gut erkennbar ist.
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Zwischen dem Drehgestellrahmen 3 und dem Fahrzeugkasten 5, beziehungsweise
der Konsole 9 sind Gummianschläge 12 angebracht Zwischen der am Fahrzeugkasten 5
befestigten Konsole 9 und dem Drehgestellrahmen 3 sind die laminierten Gummifedern
10 mit entsprechender Vorspannung mit Hilfe einer zweckmäßig ausgebildeten einstellbaren
Vorspannvorrichtung 11 eingebaut, die nach ihrem Einbau such beim Aus- und Einbinden
des Drehgestelles zwischen den Gummifedern 10 verbleibt. Durch die einstellbare
Vorspannvorrichtung 11 lässt sich die Steifigkeit der resultierenden Querfederung
des Fahrzeuges beeinflussen.
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Die an den äusseren Längsseiten des Drehgestelles angebrachten, aus
in Reihe geschalteten Schraubenfedern 6 und Wagenstützgummifedern 7 bestehenden
Federsysteme gegen ausserhalb der Längsträger des Drehgestelles abgesenkt angeordnete
Konsolen abgestützt.
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Zwischen dein Stabilisator 8 und dem Drehgestellrahmen 3 ist zur
pfung der senkrechten Schwingungen ein Schwingungsdämpfer 13 eingebaut, während
zur Dämpfung der Querschwingungen und der Neigung zum Taumeln Schwingungsdämpfer
14 zwischen Querträger des Drehgestellrahmens und dem Hauptquerträger des Fahrzeugkastens
5 vorgesehen sind.
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Die Federsysteme der elastischen Verbindung zwischen dem Drehgestell
nach der Erfindung und dem Wagenkasten wirken wie folgt: Die in der Sekundär-Federstufe
befindlichen Schraubenfedern 6 und die daran angeschlossenen Wagenstützt-Gummifedern
7 werden zusammen mit den den Drehzapfen ersetzenden laminierten Gummifedern 10
unter Wirkung der im Betrieb auftretenden Kräfte verhältnisgleich ihren auf ihrer
Achse senkrechten -Steifigkeiten in Fahrzeug-Quer- und Längsrichtung ausgelenkt.
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Aus diesem Grunde sind die laminierten Wagenkasten-Gummistützfedern
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und die laminierten Gummifedern 10 von Rechteckform.
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Das Verhältnis, der Seitenlängen des Rechteckes ist so bestimmt, daß
das hieraus entstandene Federsystem in Bahrzeugquerrichtung die gewünschte Rückstellkraft
liefert und zugleich der kleinstmögliche Krümmungswiderstand erreicht wird.
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Die, senkrechte Schwingung des Fahrzeugkastens 5 wird durch die mit
Gummigelenk eingespannten, zwischen dem Stabilisator 8 und dem Drehgestellrahmen
3 montierten Schwingungsdämpfer 13, die Querschwingungen, sowie das taumel des Drehgestelles
hingegen werden durch den zwischen dem Querträger des Drehgestellrahmens 3 und dem
Hauptquerträger des Fahrzeugkastens 5 montierten, gleichermassen mit Gummigelenk
ausgeführten Schwingungsdämpfer 14 gedämpft.
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Bei etwa der Hälfte der maximalen Querverstellung stößt die Seitenfläche
der Konsole 9 an einem auf dem Drehgestellrahmen 3 montierten Gummianschlag 12 auf,
durch welchen bei der weiteren Verschiebung die auf den Fahrzeugkasten 5 wirkende
Rückstellkraft progressive erhöht wird.