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Drehzapfenlose Drehgestellführung zum Ubertragen von Längs- und Querkräften
für Schienenfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf eine drehzapfenlose Drehgestellführung
zum Übertragen von Längs- und Querkräften für Schienenfahrzeuge, wobei die Lä:ngs-und
Querkräfte durch je ein am Fahrgestellrahmen und am Dreh.gestellrahmen angelenkte
Gelenkviereck übertragen werden, deren jedes durch ein Dreiku@rbelsystem mit gleich
langen Armen gebildet ist, von denen wenigstens zwei Arme körperlich vorhanden sind.
Unter einem Dreikurbelsystem ist dabei ein Kurbelsystem aus drei parallelen Kurbeln
oder Armen zu verstehen, die durch eine einzige starre Koppel beweglich untereinander
verbunden sind. Die Koppel verbindet jeweils die freien Enden der Kurbeln, während
die entgegengesetzten Enden der Kurbeln an einem gemeinsamen festen Teil drehbar
gelagert sind. Bei der bekannten Drehgestellführung, die zwei um 90° zueinander
versetzte Gelenkvierecke aufweist, sind von den die Gelenkvierecke bildenden Dreikurbelsystemen
jeweils nur die beiden äußeren Arme körperlich vorhanden und mit ihren von der gemeinsamen
starren Koppel abgekahrten Enden in der lotrechten Längs- bzw. Quermittelebene des
Drehgestells am Hauptrahmen angelenkt. Von dem dritten Arm ist hierbei auf jeder
Koppel nur die Anlenkstelle vorhanden, so daß die Koppeln einen gleicharmigen Doppelhebel
bilden, von denen der eine mittels der Anlenkstelle für den dritten Arm zum Übertragen
der Längskräfte in der lotrechten Längsmittelebene des Drehgestells an diesem angelenkt
ist, während der zweite, als Koppel dienende Doppelhebel des anderen Gelenkvierecks
in gleicher Weise in der lotrechten Quermittelebene des Dri#h,gestells gelagert
ist. Die dritte Kurbel bzw. der dritte Arm erstreckt sich hierbei jeweils nur ideell
zwischen der Anlenkstelle der Doppelhebel am Drehgestellrahmen und der ideellen
lotrechten Drehachse des Drehgestells. Durch die beiden Gelenkvierecke wird das
Drehgestell gezwungen, sich gegenüber dem Hauptrahmen um seine ideelle lotrechte
Drehachse in einer kinematisch einwandfreien Kreisbewegung zu drehen. Diese Drehgestellführung
erfordert mindestens sechs Teile, auf deren gegenseitige Drehbeweglichkeit geachtet
werden muß, so daß auch der Platzbedarf verhältnismäßig groß ist. Eine Relativbewegung
zwischen Drehgestell- und Hauptrahmen in Längs- und/oder Querrichtung ist nicht
möglich. Außerdem können mit dieser Anordnung lediglich Kräfte bis zu einer gewissen
Grenze übertragen werden, so daß diese sich nicht für schwere Schienenfahrzeuge,
insbesondere Lokomotiven, eignet.
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Demgegenüber ist die Aufgabe der Erfindung darin zu sehen, eine für
jedes Drehgestell, insbesondere aber für schwere Triebdrehgestelle, geeignete Dreh:ges.tellführung
gemäß dem Gattungsbegriff zu schaffen, die nicht nur im Aufbau einfach und platzsparend
ist, sondern auch sowohl die Charakteristik eines festen als auch die eines längs
und/oder quer verschiebbaren federgefesselten Drehzapfens aufweisen kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, die beiden Kurbelsysteme
in der Weise zu vereinigen, daß die Arme zu Koppeln des vereinigten Systems werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, mindestens eine Ra.hmengelenkstelle in Fahrzeuglängs-
und/oder Querrichtung entgegen der Wirkung von Federn verschiebbar auszubilden.
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Die sich aus dieser Lösung ergebenden Vorteile sind vor allem darin
zu sehen, daß die Drehgestellführung insgesamt nur noch vier Koppeln erfordert,
von denen jeweils zwei einander parallele Koppeln zugleich die Arme der zu ihnen
etwa quer liegenden Koppeln bilden und von denen mindestens jeweils zwei unter sich
gleich ausgebildet werden können. Sämtliche Koppeln der Drehgestellführung nehmen
an der Kraftübertragung gleichmäßig teil, so daß sie verhältnismäßig schwach ausgebildet
werden können, zumal die Gestängekräfte auch stets in der Größenordnung der Querkräfte
bleiben. Die theoretisch einwandfreie Kreisführung ist auch hei bie:gungselastischer
Ausbildung der Koppeln gewährleistet. Die gegenseitige Beweglichkeit von Drehgestell
und Hauptrahmen kann durch die erfindungsgemäß ausgebildete DreIhgestellführung
in jeder erforderlichen Weise sowohl in Längsrichtung und Querrichtung als auch
in lotrechter Richtung und kardanisch erfolgen. Ferner ist die Drehgestellführung
an die gegebenen Platzverhältnisse äußerst anpassungsfähig, so daß ein nachträglicher
Einbau in bereits vorhandene Drehgestelle ohne weiteres möglich ist.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäß
ausgebildeter Drehgestellführungen schematisch dargestellt. Es zeigen jeweils in
der Draufsicht
Abb.1 ein geschlossenes Gelenkviereck aus vier Koppeln,
die bei nicht ausgeschwenktem Drehgestell ein Rechteck bilden, Abb. 2 den allgemeinsten
Fall eines geschlossenen Gelenkvierecks aus vier Koppeln, Abb.3 ein Gelenkviereck,
bei dem zwei Koppeln über die Anlenkste-llen einer anderen Koppel hinaus verlängert
sind und das mit zwei Rückstellvorrichtungen verbunden ist, und Abb. 4 ein geschlossenes
Gelenkviereck gemäß Abb. 1, jedoch mit biegungselastischen Koppeln. Grundsätzlich
werden im folgenden die Gelenk-oder Anlenkstellen am Fahrgestell- oder Fahrzeugrahmen
1 bzw. Wagenkasten mit F, die am Drehgestellrahmen 2 mit D und die der Koppeln 4,
5 untereinander mit A bezeichnet. Ferner ist die lotrechte Längsmittelebene mit
x und die lotrechte Ouermittelebene des Drehgestells mit y gekennzeichnet, deren
Schnittlinie bei den Ausführungsbeeispielen stets die lotrechte ideelle Drehachse
0 eines nicht nicht ausgesch-,venkten Drehgestells im Ruhezustand bilden soll.
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Bei der Drehgestellführung nach Abb. 1 sind vier in d°r Draufsicht
rechteckig angeordnete Koppeln 4 und 5 baulich zu einem geschlossenen und waagerecht
liegenden Gelenkviereck vereinigt. Die Koppeln 4 und 5 sind als gleicharmige biegungssteife
Doppelhebel ausgebildet und an ihren Enden durch die Koppelgelenkstellen A gelenkig
miteinander verbunden. Die Anlenkstellen D und F an den Fahrzeugteilen 1 und 2,
im folgenden Rahmengelenkstellen D und F genannt. sind in der Längsmitte der Koppeln
4 bzw. 5 angeordnet, derart, daß immer -zwei zusammengehörige Rahmengelenkstellen
F bzw. D in die Längs-bzw. Ouermittelebene x bzw. v zu liegen kommen. Je
zwei einander gegenüberliegende und parallel laufende Koppeln 4, 4 bzw. 5. 5 sind
dabei gleich ausgeführt. Falls zwischen dem Drehgestellrahmen 2 und dem Fahrzeugrahmen
1 eine Federung vorgesehen ist, ist es notwendig, zwei zusammengehörige, an einem
, Fahrzeugteil 1 oder 2 angreifende Ra:hmengelenkstelle n F oder D mit lotrechtem
Spiel zu versehen, um das Federspiel zwischen Drehgestell- und Fahrzeugrahmen 2
und 1 bzw. Wagenkasten nicht zu behindern. Um weiterhin ein einwandfreies Befahren
windschiefer Gleise zu ermöglichen, sind die Zapfen an den Rahinenge1.enkstellen
F bzw. D jeweils in einer Richtung neigbar am Drehgestell- bzw. Fahrzeugrahmen 2
bzw. 1 angebracht, und zwar so, daß die Neigbarkeit der kahinengelenkstellen D um
90° gegenüber der der Rahmengelenkstellen F versetzt ist. Dadurch entsteht eine
kardanartige Auflagerung des Fährzeugrabmens 1 auf dem Dreh;;estellrahmen 2. Vorteilhaft
und mit gleicher Wirkung werden jedoch sämtliche Rahmengelenkstellen F und D durch
bekannte Silentblocs mit starr am Drehgestell- bzw. Fahrzeugrahmen 2 bzw. 1 angebrachten
Zapfen verbunden. Die Koppelgeleiikstellen A sind ebenfalls mit Silentblocs versehen.
Durch die Verwendung voll Silentblocs läßt sich, wie an sich bekannt, eine vollkommen
wartungs- und verschleißfeste sowie stoßdämpfende Drehgestellführungerzielen.
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Sämtliche vier Koppeln 4 und 5 können auch gleich ausgeführt werden,
so daß das Gelenkviereck die Form eines Quadrates erhält. Dies ist jedoch keine
Bedingung; es ist lediglich notwendig., daß die Anlenk-bzw. Gelenkstellen F und
A b:zw. D und @4 zweier gegenüberliegender Koppeln 4 oder 5 deckungsgleich
angeordnet sind.
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Beim Bogenlauf des Drehgestells drehen sich die Rahm.engelenkstellen
D der längs liegenden Koppeln 4 aus der Ouermittelebene y. Da jedoch die an ihren
Enden liegenden Koppelgelenkstellen A durch die beiden quer liegenden, am Fahrzeugrahmen
2 angelenkten Koppeln 5 gezwungen sind, einen Kreisbogen um deren Rahmengelenkstellen
F zu beschreiben, müssen auch die Rahmengelenkstellen D eignen Kreisbogen um .die
ideelle Drehachse 0 beschreiben, wodurch auch der Drehgestellrahmen 2 gezwungen
ist, eine Drehung um die id°e11,e Drehachse 0 zu vollführen. Die Charakteristik
einer solchen Drehgestellführung entspricht somit der einer Dre@lrgestellführung
mit festem zentralem Drehzapfen.
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Kinematisch gesehen, handelt es sich bei dieser Art von Drehgestellführung
um zwei baulich vereinigte Dreikurbelsysteme mit jeweils parallelen und gleich langen
Armen oder Kurbeln, wobei im Ausführungsbeispiel jeweils zwei einer Rähmengelenkstelle,
z. B. F an einem Fahrzeugteil, z. B. 1, zugeordnete Arme starr miteinander verbunden
sind und eine Koppel des vereinigten Systems bilden, in d°ren Mitte diese gemeinsamen
1#ahmengelenkst;11.-- F liegt. Beide vereinigten Dre.ikurbelsysteme können untereinander
verschieden ausgebildet sein. Ihre einer gemeinsamen Rahmengelenkstelle> z. B. F,
zugeordneten Kurbeln können auch unter einem beliebigen i,#'inkel starr miteinander
verbunden `verden, derart, daß der gemeinsame Drehpunkt dann an der Winkelspitze
und der gemeinsame Drehpunkt der --dachten dritten Kurbeln auf der ideellen Drehachse
0 liegt.
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Die Abb.2 zeigt eine derart ausgeführte Drehgestellführung, die zugleich
den allgeineinsten Fall einer solchen Drehgestellführung darstellt. Eine Symmetrie
zur Längs- bzw. Quermittelebe,Ine x bzw. y besteht nicht mehr. Die Anlenkstcllen
.:1 und F bzw. A und D sowohl der längs als auch der quer liegenden Koppeln
4 und 5 sind in einem Dreieck angeordnet. Dabei sind die jeweils gegenüberliegend°n
Koppeln 4,4 und 5, 5 vorteilhaft gleich ausgeführt; wobei es jedoch auch bei nicht
gleicher Ausbildung auf alle Fälle notwendig ist, daß die Anlenkstellen .a,
F bzw. D, A
zweier gegenüberliegender Koppeln 4, 4. oder 5, 5 deckungsgleich
und gleich im Raum liegend sind oder, mit anderen Worten: die Verbindungsgeraden
der °ntspreehenden Anlenk- und Gelenkstellen, z. B. A-A, D-D, A, A,
zweier gleicher Verbindungsglieder 4 oder 5 müssen parallel und gleich lang sein.
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Bei. dem Ausführungsbeispiel nach Abb.3 sind beide in Fahrtrichtung
liegenden Koppeln 4 eines geschlossenen Gelenkvierecks nach einer Seite über die
Koppelgelenkstellen A, einer quer liegenden Koppel 5 hinaus bis zur Quermittelebene
y verlängert, derart, daß die beiden verlängerten Koppeln 4 jeweils einen zweiarmigen
Hebel bilden, an dessen freiem Ende die im Ausführungsbeispiel am Drehgestellrahmen
2 angelenkte Rähmengelenkstelle D vorgesehen ist. Die Rahmengelenkstellen F der
quer zur Fahrtrichtung liegenden Koppeln 5 sind außerhalb des Drehbereiches des
Drehgestellrahmens 2 am Fahrzeugrahmen 1 angelenkt. Eine dieser Rahmengelenkstellen
F ist entgegen der Wirkung der Federn einer an sich bekannten Rückstellvorrichtung
6, beispielsweise einer Blattfederrückstellvorrichtung, quer zur Fahrtrichtung verschiebbar.
Eine solche Blattfederrückstellvorric'htung 6 besteht im wesentlichen aus zwei voneinander
abgekehrten, an ihren Enden durch Zuganker 7 verbundenen Blattfedern 8, deren Federbunde
einander zugekehrte Zapfen 9 aufweisen. Diese Zapfen sind in Bohrungen eines fest
an einem Fahrzeugteil, z. B. am Fahrzeugrahmen 1, angeordneten Rahmens 10
geführt,
in dessen rechteckiger Ausnehmung ein Gleitstück 11 vorgesehen ist, auf das die
vorstehenden und auf dem Gleitstück11 aufliegenden Enden derZapfen9 in bekannter
Weise einwirken. Das Gleitstuck 11 ist in diesem Falle mit der Rahmengelenkstelle
F einer Koppel 5 verbunden. Zur genauen Einstellung der erforderlichen Rückstellkraft
dienen die Spannmuttern 13 der Zuganker 7 der Rückstellvorrichtungen 6 und 12.
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Bei einem Seitenstoß auf das Drehgestell drehen sich die längs laufenden
Verbindungsglieder4 so lange um die Koppelgelenkstellen A1 der am Fahrzeugrahmen
1 nicht verschiebbar angelenkten Koppel 5, bis das Moment der Rückstellvorrichtung
6 am Hebelarm A2-A1 dem Moment des Seitenstoßes am Hebelarm Al-D entspricht. Mithin
ist eine elastisch;. Seitenverschiebbarkeit und Rückstellung des Drehgestells gewährleistet.
Die Drehbarken oder das Federspiel wird dabei in keiner Weise beeinträchtigt, so
daß die Drehgestellführung der Charakteristik einer Drehgestellführung mit federgefesseltem,
seitenverschiebbarem Drehzapfen aufweist.
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Eine -entsprechende Längsverschiebbarkeit mit Rückstellwirkung kann
ohne weiteres dadurch erreicht werden, daß die Rahmengelenkstelle D einer längs
liegenden Koppel 4 am Drehgestellrahmen 2 ebenfalls mit einer in Fahrtrichtung wirkenden,
an sich bekannten Rückstellvorriehtung 12, z. B. einer vorgehend beschriebenen Blattfederrückstellvorrichtung,
ausgerüstet wird. Da die Rückstellvorrichtung 12 zur Längsmittelebene x, symmetrische
Anordnung des Gelenkvierecks vorausgesetzt, jedoch an einer Stelle liegt, an der
nur die halbe Kraft der gesamten durch das Gelenkviereck zu übertragenden Kraft
wirkt, kann die Rückstellvorrichtung 12 leichter ausgeführt werden, muß aber die
doppelte Verschiebbarkeit der gewünschten Längsverschiebbarkeit der ideellen Drehachse
0 aufweisen. Bei zur Län.gsmittelebene x unsymmetrisc'her Anbringung des Gelenkvierecks
ist das Hebelverhältnis der festen Rähmengelenkstelle D zur ideellen Drehachse 0
bzw. zur beweglichen Rahmen- , gelenkstelle D zu berücksichtigen.
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In gleicher Weise und mit gleicher Wirkung lassen sich die Ausführungsbeispiele
nach Abb. 1 und 2 mit einer oder zwei Rückstellvorrichtungen 6 oder 12 versehen.
An Stelle der beschriebenen Blattfederrückstellvorrichtungen können auch andere
bekannte Rückstellvorrichtungen verwandt werden, z. B. Rückstellvorrichtungen mit
Schraubenfedern oder mit auf Druck oder Schub beanspruchten Gummifederelementen.
Insbesondere ergeben sich bei Verwendung von Rückstellvorrichtungen mit Gummifederelementen
im Verein mit der bereits beschriebenen Verwendung von bekannten Silentblocs für
die Anlenkstellen F, D und A der Gelenkvierecke die Vorteile, daß auch derartige
Drehgestellführungen wartungs-und verschleißfrei sind, durch die bekannten schwingungsdämpfenden
Eigenschaften des Gummis Resonanzschwingungen verhindert -,werden und deshalb ein
sehr ruhiges, stoßfreies Fahren ermöglicht wird. Ferner liegt es im Rahmen der Erfindung,
hydraulische und pneumatische Rückstellvorrichtungen zu verwenden.
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Die Drehgestellführung nach Abb.4 stimmt im wesentlichen Aufbau mit
der nach Abb. 1 überein. Die Koppeln sind jedoch nicht b;iegungss@teif, sondern
biegungselastisch, z. B. als zu ihrer Längsrichtung beidseitig symmetrisch geschichtete
Blattfedern 14 und 15, ausgebildet. Damit ist praktisch sowohl in der Längs- als
auch in der Querrichtung je eine Rückstellvorrichtung wirksam, deren Federwege aufeinander
senkrecht stehen. Diese Ausführung hat den Vorteil einer großen baulichen Einfachheit,
da die Rückstellvorrichtungen ohne besonderen Aufwand mit dem Gelenkviereck vereinigt
sind. Es ist jedoch nicht notwendig, sämtliche Koppeln elastisch auszubilden. Ist
z. B. nur eine elastische Seitenverschiebbarkeit des Drehgestells erforderlich,
so sind entsprechend nur die längs liegenden Koppeln elastisch und gleich auszubilden,
während die beiden quer liegenden in bekannter Weise biegun:gssteif ausgeführt werden.