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Schienenfahrzeug mit drehzapfengeführten Drehgestellen Die Erfindung
betrifft ein Schienenfahrzeug mit drehzapfengeführten Drehgestellen, die eine reibungsfreie,
gegenüber horizontalen Verschiebungen elastisch nachgiebige, eine Rückstellkraft
bewirkende Kastenauflagerung aufweisen. Der Wagenkasten stützt sich dabei über Gummi-
oder Stahlfedern auf die Drehgestelle, wobei die Federn nicht nur die lotrechte
Abfederung übernehmen, sondern auch durch waagerechte Verformung die Drehgestellausachläge
bei Bogenfahrt elastisch aufzunehmen vermögen (deutsches Gebrauchsmuster 1790 058).
Solche Brückenabstützungen kommen neuerdings in zunehmendem Maße in Gebrauch, da
sie reibungs-und verschleißfrei sind und keiner Schmierung bedürfen: Derartige Abstützungen
erzeugen aber beim Ausschlag der Drehgestelle notwendigerweise Rückstelimomente
zwischen Drehgestell und Rahmen, die, wie nachstehend ausgeführt wird, spurführungstechnisch
ungünstig wirken.
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Bekanntlich läuft der vorauslaufende Radsatz eines Drehgestells im
Bogen, den Hauptanteil der Führungs- und Rückstellkräfte übernehmend, an der äußeren
Schiene an, während der nachlaufende Radsatz entweder frei läuft oder mit geringen
Richtkräften an der Innenschiene anläuft. Werden im Drehzapfen noch Fliehkräfte
von der Brücke auf das Drehgestell übertragen, so überlagern sich diese den Reibungs-,
Führungs- und Richtkräften und vergrößern diejenigen an dem vorauslaufenden Radsatz,
während sie den nachlaufenden entlasten. Da an dem ersteren Radsatz gleichzeitig
ein größerer Anlaufwinkel besteht, ist bei ihm der Spurkranzverschleiß (proportional
dem Produkt aus Richtkraft und Anlaufwinkel) wesentlich größer als an dem nachlaufenden
Radsatz.
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Dieser Umstand tritt bei Drehgestellen ohne Rückstellmoment, z. B.
solchen, auf die sich der Wagenkasten über Gleitflächen abstützt, praktisch nicht
in Erscheinung. Bei ihnen durchläuft nämlich das vordere und das hintere Drehgestell
den Bogen unter gleichen Bedingungen. Da aber bei Umkehr der Fahrtrichtung die bisher
vorauslaufenden Radsätze zu nachlaufenden werden und umgekehrt, gleichen sich die
Abnutzungen an allen Radsätzen im Mittel aus, wenn die gleiche Strecke gleich oft
in beiden Richtungen durchfahren wird, wie dies in der Regel der Fall sein wird.
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Anders liegen die Verhältnisse, wenn ein Rückstellmoment zwischen
Wagenkasten und den Drehgestellen vorhanden ist, wie es durch die oben umrissene
Brückenabstützung erzeugt wird. Das Rückstellmoment wirkt nämlich beim vorderen
Drehgestell seinem Einschwenken in den Bogen entgegen und vergrößert damit die Führungs-
und Richtkraft sowie den Anlaufwinkel seines vorauslaufenden Radsatzes noch weiter;
das Einschwenken des hinteren Drehgestells in den Bogen wird dagegen von seinem
Rückstellmoment unterstützt, da es im gleichen Drehsinn wirkt. Der vorauslaufende
Radsatz, d. h. der nach der Fahrzeugmitte hin gelegene Radsatz des hinteren Drehgestells
wird damit auf Kosten des vorauslaufenden Radsatzes des ersten Drehgestells begünstigt.
Auch wenn eine Strecke gleich oft in beiden Richtungen durchlaufen wird, werden
deshalb die Spurkränze der äußeren Radsätze stärker abgenutzt als diejenigen der
inneren Radsätze. Da aber die Fristen für die Berichtigung aller Radreifen eines
Fahrzeugs durch den Verschleiß an dem Radsatz mit stärkster Abnutzung bestimmt werden,
verkürzen sich die Zeitintervalle zwischen zwei Radreifenabdrehungen, wobei das
Maß, auf das der Reifen abgedreht werden muß, bei gekuppelten Radsätzen ebenfalls
durch denjenigen mit der stärksten Abnutzung bestimmt wird. Das Vorhandensein eines
Rückstellmoments verkürzt somit die Lebensdauer der Radreifen.
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Durch die in gleicher Weise vergrößerte Führungskraft an dem vorauslaufenden
Radsatz des voranlaufenden Drehgestells wird auch die Entgleisungssicherheit dieses
Radsatzes - zugunsten der Entgleisungssicherheit des vorauslaufenden Radsatzes des
nachlaufenden Drehgestells - etwas vermindert. Aber auch hier ist die Entgleisungsgefährdung
des Radsatzes mit der kleinsten Entgleisungssicherheit
für die Sicherheit
des ganzen Fahrzeugs maßgebend, so daß sich das Rückstellmoment der Drehgestelle
auch in dieser Richtung nachteilig auswirkt.
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Es ist bei Drehgestellen, auf die sich der Wagenkasten über Gleitflächen
abstützt, bekannt, den Drehzapfen außerhalb der Mitte zwischen den beiden Endradachsen
anzuordnen, um in der Mitte Raum für andere Bauteile zu gewinnen. Bei solchen Drehgestellen
treten keine Rückstelknomente auf.
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Aufgabe der Erfindung ist es nun, die nachteiligen Folgen des Rückstellmoments
zwischen Drehgestell und Wagenkasten zu vermindern oder zu beseitigen und den Drehgestellfahrzeugen
mit waagerecht elastischer Wagenkastenabstützung womöglich noch bessere Laufeigenschaften
zu verleihen, als solchen mit Gleitflächenauflagerung des Wagenkastens.
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Diese Aufgabe wird bei einem Schienenfahrzeug der eingangs beschriebenen
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden Kastenstützen jedes Drehgestells
in so geringem Abstand zu beiden Seiten von der Längsmittelebene des Drehgestellrahmens
angeordnet sind, wie es die Rücksicht auf die Wankfrequenz des Wagenkastens zuläßt
und der Drehzapfen des Drehgestells in an sich bekannter Weise näher an dem inneren
als an dem äußeren Radsatz angeordnet ist. Dabei ist es gleichgültig, ob der Drehzapfen
durch einen körperlichen oder einen ideellen Drehzapfen gebildet wird.
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Bereits eine geringe Verkleinerung des Abstandes der beiden Radsätze
vom Drehzapfen bedingt eine beträchtliche Verkleinerung des Rückstellmomentes, weil
dieses mit dem Quadrat des Abstandes veränderlich ist. Man wird auch die elastischen
Stützen, soweit möglich, mit einer flach verlaufenden waagerechten Federkennlinie
ausbilden. Zusätzlich wird die Fliehkraft des Wagenkastens auf die beiden Endradsätze
des Drehgestells durch die außermittige Lage des Drehzapfens im umgekehrten Verhältnis
ihrer Abstände vom Drehzapfen verteilt. Beim vorderen Drehgestell muß also der erste
Radsatz, der eine zusätzliche Richtkraft aus dem verbleibenden Rückstellmoment erhält,
nur einen kleineren Fliehkraftanteil von dem Wagenkasten übernehmen als der vorauslaufende
Radsatz des hinteren Drehgestells, dessen Richtkraft sich durch das Rückstellmoment
verkleinert. Sehr vorteilhaft wirkt sich der an die inneren Radsätze herangerückte
Drehzapfen auch beim Einlauf des Fahrzeugs in den Gleisbogen aus. Beim Einlauf des
ersten Drehgestells ist sein Winkelausschlag gegenüber dem Wagenkasten im Augenblick
der größten Querbeschleunigung des ersten Radsatzes noch sehr klein und damit auch
das Rückstellmoment. Die doppelte Hebelübersetzung zwischen erstem Radsatz und Drehzapfen,
die den Bogeneinlauf von Drehgestellfahrzeugen so günstig gestaltet, ist hier größer
als 1: 2 und daher besonders wirksam bei der Kleinhaltung der Richtkraft.
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Beim Einlauf des zweiten Drehgestells in den Gleisbogen ist zwar das
Hebelverhältnis in gleichem Maß ungünstiger als bei Drehgestellen mit mittiger Lage
des Drehzapfens. Dies wird aber dadurch ausgeglichen, daß das hintere Drehgestell
im Zeitpunkt seines Einlaufs in den Gleisbogen bereits einen großen Winkelausschlag
gegenüber dem Wagenkasten hat, dem ein entsprechend großes Rückstellmoment entspricht.
Dieses Rückstelhnoment schwenkt den einlaufenden Radsatz in den Gleisbogen hinein
und entlastet den anlaufenden Spurkranz. Dadurch können die Einlauf-Richtkräfte
an beiden Drehgestellen so klein gehalten werden, daß sie die normalen Richtkräfte
beim Bogendurchlauf kaum übersteigen.
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In. den Zeichnungen ist ein. Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Es zeigt A b b. 1 die Seitenansicht eines Brückenfahrzeugs mit dem
rechten Drehgestell im Längsschnitt und A b b. 2 die Drehgestelle bei der Bogenfahrt
in der Draufsicht.
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In den Rahmen 5 und 6 der beiden Drehgestelle sind die Radsätze l
bis 4 in bekannter Weise gelagert. Sie tragen über die Kastenstützen 8 den Wagenkasten
7. Die Kastenstützen 8, z. B. Gummi-Metallscheiben-Pakete, nehmen in bekannter Weise
die waagerechten Verschiebungen elastisch auf. Jeder Drehgestellrahmen 5 und 6 wird
an dem Wagenkasten 7 durch einen Drehzapfen 9 geführt.
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In Längsrichtung des Fahrzeugs sind die Kastenstützen 8 in bekannter
Weise gemäß den Erfordernissen der Verteilung der lotrechten Last auf die Radsätze
1 bis 4 angeordnet, z. B. in der Mitte zwischen den Radsätzen. In Querrichtung liegen
die Kastenstützen 8 nicht, wie sonst üblich, auf der Mitte der Drehgestell-Längsträger
oder außerhalb derselben, sondern sie sind möglichst weit zur Längsmittelachse des
Fahrzeugs verlegt. Eine Grenze für ihren Abstand bildet die Rücksichtnahme auf die
Wankfrequenz bzw. die Kippsicherheit des Fahrzeugs. Der Abstand r vom Drehzapfen
9 zur Kasten stützenmitte wird verhältnismäßig klein. Beträgt bei jeder der
Kastenstützen 8 die waagerechte Federkonstante so entsteht bei einem Ausschlag
des Drehgestells
um den Winkel y das Rückstellmoment M = 2 y r2 - c, das durch einen geringen Wert
von r sehr klein wird.
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Der Drehzapfen 9 hat von dem äußeren Radsatz 1 bzw. 4 den Abstand
a und vom inneren Radsatz 2 bzw. 3 den Abstand b. Der Abstand a ist
größer als der Abstand b.
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Durchläuft das Fahrzeug einen Gleisbogen in Richtung des Pfeiles 18,
so laufen die Radsätze 1 und 3 an der äußeren Schiene 11, die Radsätze 2 und 4 an
der inneren Schiene 12 an. An den Spurkränzen der Radsätze 1 und 3 entstehen große
Reibungskräfte von Bogenaußen und bogeninnere und an den Spurkränzen der Radsätze
2 und 4 wesentlich kleinere Reibungsrichtkräfte von bogeninnere nach Bogenaußen.
Gleichzeitig wird der Drehgestellrahmen 5 im Uhrzeigersinn um den Winkel
1" verdreht, der Drehgestellrahmen 6 entgegen dem Uhrzeigersinn um den etwas
größeren Winkel y". Hierdurch werden die entgegengesetzt wirkenden Rückstellmomente
M hervorgerufen, die die Richtkraft am Radsatz 1 um
vergrößern und am Radsatz 3 entsprechend verkleinern. Werden in den Drehzapfen 9
Fliehkräfte F von dem Wagenkasten 7 auf die Drehgestelle übertragen, so übernimmt
der Radsatz l hiervon den Anteil
und der Radsatz 3 den größeren Anteil
Bei geeigneter Wahl des Verhältnisses a : b kann also der Unterschied in
den Richtkräften an den Radsätzen 1 und 3 für eine mittlere Fliehkraft gerade ausgeglichen
werden,
so daß die Richtkräfte an den Radsätzen 1 und 3 gleich groß werden.
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Diese Verhältnisse bleiben im wesentlichen unverändert, wenn zwischen
den Radsätzen 1 und 2 bzw. 3 und 4 noch Zwischenradsätze eingefügt werden.
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Schutz wird nur für die Kombination der in dem Patentanspruch enthaltenen
Merkmale beansprucht.