DE2827112B2 - Schienenfahrzeug mit Zahnradantrieb - Google Patents
Schienenfahrzeug mit ZahnradantriebInfo
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- B61F5/32—Guides, e.g. plates, for axle-boxes
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Schienenfahrzeug mit Zahnradantrieb, der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 angegebenen Gattung.
Bei Schienenfahrzeugen der genannten Art werden beim Bremsen auf einer Talfahrt durch die auf die
Drehgestelle wirkenden Längskippmomente bekanntlich jeweils die hinteren Laufräder jedes Drehgestells
am stärksten entlastet Durch die beiden gleichsinnig drehenden Fahrmotoren wirkt auf das Drehgestell ein
durch die rotierenden Rotormassen hervorgerufenes Que/kippmoment mit dem Drehsinn der Fahrmotoren
entsprechender Wirkungsrichtung, wodurch sich eine zusätzliche Entlastung der Laufräder der einen Drehgestellseite
ergibt
Bei Bremsung auf einer Talfahrt wird somit als Summenwirkung des Längs- und Querkippmonentes,
das an der durch das Querkippmoment entlasteten Seite des Drehgestelles befindliche Laufrad des in der
jeweiligen Fahrtrichtung hinteren Radsatzes am meisten entlastet. Die größten Entlastungen können
auftreten, wenn in einer Kurve gebremst wird und sich das meistentlastete Laufrad auf der Schiene mit dem
kleineren Radius befindet, da durch die Zentrifugalkraft noch ein zusätzliches Querkippmoment nach der
die bogeninneren Laufräder zusätzlich entlastet (siehe
bekannt weiche auf eine Herabsetzung der Laufradentlastung,
im Betrieb hinzielen, um die Entgleisungsgefahr zu vermindern. Aus der CH-PS 5 04 990 ist ein
Drehgestell mit gegensinnig drehenden Fahrmotoren bekannt wobei die Antriebsvorrichtungen entsprechend
voneinander verschieden konstruiert sind. Eine
is solche Konstruktion ist kostspielig, da die unterschiedlichen
Getriebe einen relativ großen Aufwand, insbesondere hinsichtlich der Ersatzteil-Lagerhaltung erfordern.
Für Schienenfahrzeuge der eingangs genannten Art ist es auch bekannt z. B. die lokomotivseitige Kupplung
nicht am Drehgestell, sondern am Lokomotivkasten anzuordnen (Loosli, »100 Jahre Zahnradbahnen ...*,
SLM-Sonderdruck aas ZEY-Glas. Ann. 95, Heft 7/8,
1971 Seite 12). Derartige Maßnahmen führen allerdings nur zu geringfügig verbesserten Stabilitätsfaktoren.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein in dieser Hinsicht verbessertes Schienenfahrzeug zu schaffen, bei welchem
die Sicherheit gegen Entgleisung des Fahrzeuges durch einfache, betriebssichere und kostengünstige
Konstruktionsmaßnahmen erhöht werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Fahrzeug mit im beschriebenen Sinne »kritischen« Laufrädern, weiche
im Betrieb die größten Entlastungen erfahren, gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des
Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst
Durch die erfindungsgemäße, zusätzliche Belastung der kritischen Laufräder wird sichergestellt daß diese
bei Bremsung auf einer Talfahrt, auch beim Zusammentreffen mehrerer ungünstiger Einflüsse, nicht von den
Schienen abgehoben werden und bei maximal zulässiger Geschwindigkeit keine En'gleisk^g stattfindet Die
erfindungsgeniäBe Ausführung ermöglicht die Verwendung
identisch ausgebildeter Antriebsvorrichtungen, so daß man z.B. mit einem einzigen Reservegetriebe
auskommt
Die größere Belastung der kritischen Laufräder kann entsprechend den Merkmalen der Unter ansprüche
erzielt werden.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen
erläutert Es zeigt
Fig. 1 eine Teilansicht eines Schienenfahrzeuges mit
Zahnradantrieb, mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Primärabstützvorrichtung,
F i g. 2 einen Grundriß entsprechend dem Schnitt H-II in der F ig. 1,
F i g. 2 einen Grundriß entsprechend dem Schnitt H-II in der F ig. 1,
Fig.3 eine Einzelheit aus der Fig. 1, zum Teil im
Schnitt und in größerem Maßstab darstellt, und
Fig.4 ein Kraft-Federweg-Diagramm mit den
Kennlinien zweier verschiedenen Federn der Primärabstützvorrichtung eines Schienenfahrzeuges in einer
anderen Ausführungsform der Erfindung.
In den F i g. 1 und 2 ist eines von ζ. Β zwei Drehgestellen t des Schienenfahrzeuges, mit dem
darauf über eine Sekundärfederung 2 abgestützten Teil eines Fahrzeugkastens 3 dargestellt. Dieser ist durch
einen Drehzapfen 30, um eine Hochachse schwenkbar, mit einem starren Drehgestellrahmen 6 verbunden, der
über eine Primärfederung auf Lagergehäusen 4 zweier
darin drehbar gelagerter Radsätze 5 und 5a abgestutzt
ist Gemäß F i g. 1 ist das Fahrzeug auf gegen die Horizontale geneigten Schienen 31 dargestellt, wobei
angenommen ist, daß es sich auf einer Talfahrt in Richtung des Pfeiles 19 befindet
Jeder der Radsätze 5 und Sa enthält eine Welle 7, auf welcher zwei Lauf räder 8 und 9 bzw. 8a und 9a sowie ein
mittig zwischen diesen angeordnetes Zahnrad 10 befestigt sind. Das Zahnrad iO ist zum Eingriff mit einer
parallel zu den Schienen 31 verlaufenden Zahnstange 11
bestimmt Die Wellen 7 sind ferner je mit einer auf der einen Seite des Zahnrades iO angeordneten Bremstrommel
einer der Bremsung des Radsatzes dienenden Bremsvorrichtung 12 und einer auf der anderen Seite
des Zahnrades 10 angeordneten, dem Antrieb des Radsatzes 5 bzw. 5a dienenden Antriebsvorrichtung 13
verbunden. Die Antriebsvorrictitungen 13 sind bezüglich
der Hochachse (Drehzapfen 30) zentralsymmetrisch angeordnet und mit am Drehgestellrahmen 6 befestigten
Fahrmotoren 14 gekuppelt, welche beiderseits der Drehgestell-Längsmittelebene E, mit zu dieser parallelen
Rotationsachsen, so angeordnet sind, daß sich ihre Rotormassen im gleichen Drehsinn entsprechend den
Pfeilen 15 drehen.
Wenn während der Talfahrt des Schienenfahrzeuges 2s gemäß Pfeil 19 die Radsätze 5 und Sa plötzfich gebremst
werden, wirkt auf das Drehgestell 1 ein Längskippmoment Mu welches an den Laufrädern 8a und 9a des
bergseitigen Radsatzes Entlastungen L hervorruft Die sich drehenden Rotormassen der Fahrmotoren 14 oben
auf das Drehgestell 1, ein zusätzliches, in ihrem Drehsinn (Pfeile 15) wirkendes Querkippmoment Mq
aus. Dieses ist bestrebt die in Fahrtrichtung gemäß Pfeil
19 rechten Laufräder 8 und 9a der beiden Radsätze 5 und Sa hochzuheben und ruft in ihnen Entlastungen Q
hervor. Als Summenwirkung der beiden Kippmomente Ml und Mq tritt am Laufrad 9a des bergseitigen
Radsatzes 5a eine Gesamtentlastung von L+Q auf. Dieses Laufrad 9a wird somit bei der Talfahrt gemäß
Pfeil 19 das kritische, d. h. meistentlastete Laufrad des to
Drehgestells-1.
Bei einer Talfahrt in umgekehrter, dem Pfeil 19 entgegengesetzter Richtung — auf einem entsprechenden,
nicht gezeichneten Streckenabschnitt mit vom Radsatz 5 gegen den Radsatz 5a abfallender Neigung —
drehen sich die Fahrmotoren 14 ebenfalls gleichsinnig, jedoch in einem den Pfeilen 15 entgegengesetzten, nicht
gezeichneten Drehsinn, so daß entsprechende, auf das Drehgestell 1 einwirkende Querkippmoment die Laufräder
Sa und 9 entlastet Wenn während dieser Talfahrt so gebremst wird, bewirkt das dabei auftretende Längskippmoment
eine Entlastung der dann bergseitigen Laufräder 8 und 9. Entsprechend wird bei dieser
Talfahrt im umgekehrter Richtung das Laufrad 9 zum kritischen Laufrad, welches dem für die Talfahrt in
Richtung des Pfeiles 19 kritischen Laufrad 9a diagonal gegenübersteht
Die beschriebenen Entlastungen der kritischen Laufräder 9 und 9a können, ohne geeignete Vorkehrungen,
bei entsprechend hoher Fahrgeschwindigkeit und plötzlicher starker Bremsung, zu einer Beeinträchtigung
der Entgleisungssicherheit fahren. Dies insbesondere, wenn in einer Kurve gebremst wird und sich das für die
jeweilige Talfahrt kritische Laufrad 9 bzw. 9a auf der bogeninneren Schiene mit kleinerem Radius befindet, da
das durch die Zentrifugalkraft hervorgerufene zusätzliche Querkippmoment nach der Außenseite des Bogens
auf das Drehgestell 1 wirkt und die bogeninneren
Die Primärfederung des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Drehgestells 1 weist im wesentlichen unter
sich gleiche Federn 16 und 17 auf, welche paarweise je auf einem der Lagergehäuse 4 der einander diagonal
gegenüberstehenden Laufräder 8 und 8a bzw. 9 und 9a angeordnet sind. Dabei sind die den kritischen
Laufrädern 9 und 9a zugeordneten Federn 17 je durch einen Vorspannring 18 zusätzlich vorgespannt während
die den nichtkritischen Laufrädern 8 und 8a zugeordneten Federn 16 keime solchen Vorspannringe aufweisen.
Wie aus der F i g. 3 hervorgeht, sind die Lagergehäuse
4 relativ zum Drehgestellrahmen 6 je durch zwei Führungszapfen 21 beweglich geführt, von denen jeder
von einer der Federn 17 bzw. 16 umgeben ist Jeder Führungszapfen 21 ist in einer im Drehgestellrahmen S
eingeschweißten Büchse 22 eingepreßt und in der Führungsbohrung einer im Lagergehäuse 4 eingepreßten
Führungsbüchse 23 geführt Zwischen den Vorspannring'in
18 und dem Drehgestellrahmen 6 sind Gummibeilagen 20 angeordnet Z- .·? Begrenzung der
Bewegung des einfeuernden Drekgrttelirahmeas 6
weisen die Lagergehäuse 4 je eine Anschlagfläche 25 für einen am Drehgestellrahmen 6 vorgesehenen Anschlag
24 auf.
Die Höhe der Vorspannringe 18 ist nach Maßgabe der erforderlichen zusätzlichen Vorspannung der
Federn 17 so bemessen, daß die Stillstands-Radlasten der kritischen Laufräder 9 und 9a um vorbestimmte
Beträge größer sind als die StillstanJs-Radlasten der anderen Laufräder 8 und 8a. Diese Beträge werden
unter Berücksichtigung der Reibungsverhältnisse, der
Fahrgeschwindigkeit und der ausgeübten Bremskraft vorgzugsweise so gewählt, daß die Sicherheitsfaktoren
gegen Entgleisung fur Links- und Rechtskurven
mindestens annähernd gleich groß sind.
Die zusätzlichen Vorspannungen in den Federn 17 wirken somit den Entlastungen der kritischen Laufrader
9 und 9a entgegen, so daß die Sicherheit gegen Entgleisen erhöht wird.
Eine nicht eigens dargestellte zweite Ausfuhrungsfor.n
der Erfindung wird nachstehend mit Bezugnahme auf die F i g. 1,2 und 4 erläutert Der Entgleisungsgefahr
wird bei dieser Ausführungsform nicht durch Mittel zur zusätzlichen Vorspannung der den kritischen Laufrädern
9,9a zugeordneten Federn 17 begegnet, sondern
dadurch, daß für die vom Standpunkt der Entlastung verschiedenen Laufräder 8,8a und 9,9a zwei ungleiche
Federarten verwendet werden, indem z. B. die Federn 17 härtere Federcharakterisktiken aufweisen. Von den
in der Fig.4 dargestellten Kraft-Federweg (P-W)-Kennlinien
bezieht sich die flachere Kennlinie/|6 auf die
Federn 16 der nicht kritischen Laufräder 8, Sa, und die
steile *e Kennlinie /17, auf die Federn 17 der kritischen Laufräder 9, 9a. Durch geeignete Wahl dieser
Kennlinien kann der Unterschied zwischen den Stillstands-Radlasten nach Wunsch festgelegt und den
Sicherheitsanforderungen gegen Entgleisung auch bei dieser Ausführvngsform unproblematisch entsprocher,
werden.
Nach einer weiteren, nicht dargestellten Ausfuhrungsform
der Erfindung kann — auch l>ei der Verwendung von unter sich gleichen Federn der
Primärfederung, entsprechend den Federn 16 und 17 in F i g. 1 und 2 — von der Anordnung zusätzlicher
Vorspannmittel abgesehen werden, wenn die Gewichte der verschiedenen Bestandteile der Radsätze 5 und 5a,
z. B. durch entsprechende Ausführung der Bremstrom-
mein 12 (Fig.2), so verteilt sind, daß sich der
Schwerpunkt jedes Radsatzes 5 bzw. 5a in derjenigen Hälfte desselben befindet, welche das kritische Laufrad
9 bzw. 9a tragt. Dadurch wird ebenfalls erreicht, daß die Stillstands-Raddrücke der kritischen Laufrader 9 und 9a
größer als die Stillstands-Raddrücke der anderen Laufräder 8 und 8a sind. Durch geeignete Wahl der
Gewichte und damit der Stellung der Radsatz-Schwerpunkte kann die die Mehrleistung der kritischen
Laufräder so festgesetzt werden, daß trotz der beschriebenen betrieblichen Entlastungen ein genügend
giroßer Sicherheitsfaktor gegen Entgleisung gewährleistet wird. Es versteht sich, daß diese Ausführungsform
auch in Kombination mit den Merkmalen der anderen beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden
kann.
Die Drehgestelle (1) eines Schienenfahrzeuges mit Zahnradantrieb weisen je zwei Radsätze (5, 5a) mit
gleichen Antriebsvorrichtungen (13) und gleichsinnig drehenden, gleichen Fahrmotoren (14) auf. Zur Erhöhung
der Sicherheit gegen Entgleisung sind erfindungsgemäß die Stillstands-Raddrücke der bei Bremsungen
auf Talfahrten die größten Entlastungen erfahrenden, »kritischen« Laufrader (9,9a,l größer als die Stillstands-Raddrückt!
der anderen Laufräder (8, Sa). Dies kann durch zusätzliches Vorspannen der den kritischen
Laufrädern (9, 9a) zugeordneten federn (17) der Primärfederung gegenüber deren anderen, sonst gleichen
Federn (16) mittels Vorspannringen (18) bewerkstelligt werden. Die Federn (I7)der kritischen Laufräder
(9, 9a) können auch steilere Kennlinien als die Federn (16)der anderen Laufräder (8,8a^ aufweisen. Die gleiche
Wirkung kann erzielt werden, wenn der Schwerpunkt jedes Radsatzes (5, 5a) in derjenigen Hälfte desselben
liegt, welche das kritische Laufrad (9, 9a) trägt. Die Mehrbelastung der kritischen Laufräder (9, 9a) wird
vorzugsweise so gewählt, daß die Sicherheitsfaktoren gegen Entgleisung für Links- und Kechtskurven unter
vorbestimmten Betriebsbedingungen mindestens annähernd gleich groß sind.
Claims (4)
1. Schienenfahrzeug mit Zahnradantrieb, dessen Drehgestelle je zwei Radsätze aufweisen und jeder
Radsatz ein zwischen seinen beiden Laufrädern angeordnetes Zahnrad, eine zwischen dem Zahnrad
und einem der Laufräder angeordnete, den Radsatz antreibende Antriebsvorrichtung, einen die Antriebsvorrichtung
antreibenden, in Längsrichtung des Fahrzeuges angeordneten Fahrmotor und eine
zwischen dem Zahnrad und dem zweiten Laufrad angeordnete, der Bremsung des Radsatzes dienende
Bremsvorrichtung aufweist, wobei die Antriebsvorrichtungen der beiden Radsätze die gleiche Konstruktion
aufweisen und ihre Fahrmotoren sich in gleichem Sinn drehen, und wobei die Raddrücke
derjenigen Laufräder, bei denen sich bei Talfahrten die von Bremsungen herrührenden Längskippmomente
und die von den rotierenden Rotormassen der Fahrmotoren herrührenden Querkippmomente
summieren, die größten Entlastungen erfahren,
dadurch gekennzeichnet, daS die StHlstands-Raddrücke
dieser Laufräder (9, 9a) um vorbestimmte, unter Berücksichtigung der Geschwindigkeits-
und Reibungsverhältnisse festgesetzte Beträge größer sind als die Stillstands-Raddrflcke
der anderen Laufräder (8,8aJL
2. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federung der die größten
Entlastungen erfahrenden Laufräder (9, 9a) in montiertem Zustand stärker als die Federung der
anderen Lauf rider (8,8a) vorgespannt ist
3. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federung die größten
Entlastungen erfahrenden Launder (9, 9a) eine
steilere Kennlinie als die Federung der übrigen Laufräder (8, Ba^ besitzt
4. Schienenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der
Schwerpunkt jedes Radsatzes (5, 5a) in derjenigen Hälfte desselben befindet, welche das die größten
Entlastungen erfahrende Laufrad (9,9a) trägt
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