DE2822992A1

DE2822992A1 - Triebfahrzeug

Info

Publication number: DE2822992A1
Application number: DE19782822992
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Ing Grad Koch; Walter Dipl Ing Rappenglueck
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; Brown Boveri und Cie AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1978-05-26
Filing date: 1978-05-26
Publication date: 1979-11-29
Also published as: DE2822992C2

Description

Triebfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Triebfahrzeug, insbesondere ein Eisenbahntriebfahrzeug, mit von Radachsen federnd getragenen Drehgestellrahmen, mit einem federnd auf den Drehgestellrahmen gelagerten Fahrzeugrahmen, mit wenigstens einem unter dem Fahrzeugrahmen und im Inneren des Drehgestellrahmens in der Nähe der von ihm angetriebenen Radachse und parallel zu dieser Achse angeordneten Motor mit fest angeflanschtem Getriebe, mit einer Dreipunktaufhängung von Motor und Getriebe, wobei eine Aufhängung drehbar ausgebildet und direkt am Fahrzeugrahmen befestigt ist, und mit einer Kraftübertragung vom Motor auf die Räder.
Bei Fahrzeugen, die für hohe Geschwindigkeiten gedacht sind, insbesondere bei Eisenbahntriebfahrzeugen, muß die sogenannte kritische Fahrgeschwindigkeit durch konstruktive Maßnahmen möglichst hoch angesetzt werden, um einen ruhigen und ungestörten Fahrzeuglauf zu erreichen. Als kritische Fahrgeschwindigkeit bezeichnet man die Fahrgeschwindigkeit, bei welcher die Eigenfrequenz des Drehgestellrahmens in Resonanznähe liegt, wobei die Erregerfrequenz aus dem Lauf des Radsatzes oder des Drehgestells resultiert. Je höher die Fahrgeschwindigkeit umso höher ist die Erregerfrequenz. Es ist aus diesem Grund vorteilhaft, wenn ein Triebdrehgestell eine möglichst kleine Masse besitzt, damit sein Trägheitsmoment gegenüber Verschiebungen quer zur Fahrtrichtung sowie gegenüber Drehungen um seine vertikal stehende Achse in Drehgestellmitte klein ist.
Bei den bekannten und in großen Stückzahlen in Betrieb befindlichen Triebfahrzeugen ist der Motor mit Getriebe fest im Drehgestellrahmen befestigt. Die Kraftübertragung zwischen Getriebe und Rädern bzw. Radachse erfolgt dabei in vorteilhafter Weise durch eine Kardanwelle, die vorzugsweise als Kardanhohlwelle ausgebildet ist. Auf diese Weise besteht die völlig ungefederte Masse eines derartigen Triebfahrzeuges lediglich aus den Massen der Räder, der sie verbindenden Radachse sowie einem Teil der Kardanwelle.
Auch auf völlig geradem und ebenem Gleis führt das Drehgestell eines Eisenbahnfahrzeugs Quer- und Drehbewegungen aus, die als sogenannter Sinuslauf bekannt sind. Mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit werden die durch diesen Sinuslauf hervorgerufenen Kräfte und Erregerfrequenzen größer. Dazu addieren sich noch die durch die Geleisungenauigkeiten, durch Schienenstöße, eichen und Schienenkrümmungen hervorgerufenen Kräfte und führen zu Unstabilitätserscheinungen. Diese sind besonders fühlbar, wenn es sich um ein Triebdrehgestell handelt und der Motor starr an dem Drehgestell befestigt ist. Dann vergrößert die Masse des Motors und des Getriebes die Masse des Drehgestells und damit die ungefederte bzw. nur wenig gefederte Masse insgesamt.
Ein solcher Aufbau ist somit nicht brauchbar für Fahrzeuge, die: mit Geschwindigkeiten laufen sollen, die wesentlich über den heute üblichen Geschwindigkeiten liegen.
Es ist bereits ein Triebfahrzeug, insbesondere ein Eisenbahntriebfahrzeug bekannt, welches für hohe Geschwindigkeiten geeignet sein soll und bei dem die Masse des Drehgestells dadurch verringert wurde, daß der Motor mit einem Untersetzungsgetriebe nicht am Drehgestell, sondern am Fahrzeugrahmen, der gegenüber dem Drehgestell gefedert ist, befestigt ist. Die Aufhängung von Motor und Untersetzungsgetriebe am Fahrzeugrahmen erfolgt an drei Punkten, wobei der eine Befestigungspunkt eine Drehung um eine Vertikalachse, die anderen beiden Befestigungspunkte eine Translationsbewegung längs der Quer- und der Längsachse des Fahrzeugrahmens gestatten, wodurch Ausdehnungsbewegungen aufgenommen werden können, die auf die Erwärmung von Motor und Kraft übertragung zurückzuführen sind. Die Kraftübertragung vom Getri be zu den angetriebenen Rädern erfolgt über eine Kardanwelle zu einem auf der Radachse befestigten zweiten Getriebe. Um die beim Einfahren in Kurven auftretende Relativbewegung zwischen Radachse und Fahrzeugrahmen bzw. Motor auffangen zu können, ist die Kardanwelle teleskopartig ausgebildet und besteht aus zwei Teilen, die ineinander verschiebbar sind.
Die Vorteile, die sich bei dieser bekannten Anordnung durch die Befestigung des Motors und des Untersetzungsgetriebes am Fahrzeugrahmen durch die Entlastung des Drehgestells ergeben, werde durch die Nachteile erkauft, daß die völlig unabgefederte Masse insbesondere die Quermasse des Triebradsatzes durch ein auf der' Achse sitzendes Getriebe vergrößert wird, daß zwei Getriebe mit fünf Zahnrädern benötigt werden, was vier Zahneingriffe mit vier Zahnspielen bedingt, und daß die Kardanwelle als Teleskopwelle ausgebildet werden muß. Beim Ein- und Ausschieben von solchen Teleskopwellen treten Reibungskräfte auf, welche die Bewegung hemmen und von dem zu übertragenden Drehmoment abhäng sind. Außerdem ist das Gewicht einer derartigen Teleskopwelle notwendigerweise größer als das Gewicht einer ungeteilten Kardanwelle.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Triebfahrzeug der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die ungefederten Massen möglichst klein und, die die Bewegungen des Drehgestells beim Hochgeschwindigkeitslauf hemmenden Trägheitsmomente möglichst gering werden und der Aufbau möglichst einfach wird, wobei die bei den bisher in Betrieb befindlichen Triebfahrzeugen bewährten Konstruktionsmerkmale möglichst erhalten bleiben sollen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Motor-Getriebe-Aggrei gat auf der Achsseite mit zwei Pendeln am Drehgestellrahmen aufgehängt ist, daß das Motorgehäuse über eine erste querliegende Lenkerstange mit dem Fahrzeugrahmen und über eine zweite querliegende Lenkerstange mit dem Drehgestellrahmen starr koppelbar ist und daß beim Fahren im geraden Gleis die erste Lenkerstange gekoppelt und die zweite Lenkerstange gelöst, beim Fahren im gebogenen Gleis die erste Lenkerstange gelöst und die zweite Lenkerstange gekoppelt ist.
Die Erfindung macht sich die Tatsache zu Nutze, daß extrem hohe Fahrgeschwindigkeiten nur auf geraden Geleisen gefahren werden sollen. Dabei liegen die Amplituden der Dreh- und Querbewegungen eines Drehgestells innerhalb gewisser, relativ enger Grenzen. Auch werden die hohen Geschwindigkeiten nur auf speziell vorbereiteten Gleisen gefahren, so daß sonstige Störeinflüsse klein bleiben. In diesem Betriebszustand ist das Motorgehäuse über die erste querliegende Lenkerstange starr mit dem Fahrzeugrahmen gekoppelt und nimmt an der Bewegung des Drehgestells nicht teil. Die Relativbewegungen zwischen Drehgestellrahmen und Fahrzeugrahmen werden durch die vertikalen Pendel sowie durch die Kardanwelle ausgeglichen.
Beim Kurvenlauf dagegen ist die Fahrgeschwindigkeit klein und es treten größere Drehgestellausschläge auf. In diesem Betriebszustand wird die erste querliegende Lenkerstange gelöst und die zweite querliegende Lenkerstange stellt eine starre Kopplung zwischen Motor und Drehgestellrahmen her. Jetzt schwenkt das Motor-Getriebe-Aggregat bei einem Drehgestellausschlag voll mit Durch diese Maßnahme wird bewirkt, daß dies Antriebsteil, welches zwischen Getriebe und Radachse das Drehmoment überträgt, das ist die Kardanwelle, die relative axiale Bewegung zwischen Triebradsatz und Motorgehäuse so mitmacht, daß verschleißlose und wartungsfreie Kardankupplungen der bisher üblichen und bewährten Bauart verwendet werden können.
Vorzugsweise ist die drehbar ausgebildete Aufhängung des Motors in unmittelbarer Nähe der Drehachse des Drehgestells am Fahrzeugrahmen befestigt oder fällt mit der Drehachse des Drehgestells zusammen. Auf diese Weise findet bei niedrigeren Geschwindigkeiten, wenn die Lenkerstange zwischen Motorgehäuse und Drehgestellrahmen starr gekoppelt ist, praktisch keine Relativbewegung zwischen Motor mit Getriebe und Drehgestellrahmen statt und der Motor scheint an allen Punkten starr mit dem Dre gestell verbunden zu sein.
Vorzugsweise sind in den beiden querliegenden Lenkerstangen mechanisch, elektromechanisch oder hydraulisch schaltbare Kupp-1 lungselemente angeordnet. Das Umschalten dieser Kuppltmgselemente kann von der Querbewegungsamplitude und/oder von der Que kraft abhängig gemacht werden, die zwischen Triebradsatz bzw.
Drehgestellrahmen und Motor-Getriebe-Aggregat bzw. Fahrzeugrahmen auftreten.
Vorzugsweise ist die Kardanwelle eine konzentrisch zur Radachse angeordnete Hohlwelle. Auf diese Weise entfällt die Notwendigkeit, auf der Radachse ein zweites Getriebe anzuordnen, welches die ungefederte Masse vergrößern wurde. Da das erforderliche Spiel zwischen- Triebradsatz und Kardanhohlwelle bei der erfindungsgemäßen Anordnung in derselben Größenordnung liegt, wie sie bei den bisher üblichen Triebfahrzeugen auftreten, ergeben sich keine Beschränkungen hinsichtlich eines einzuhaltenden minimalen Raddurchmessers oder einer nicht zu unterschreitenden Bodenfreiheit.
Vorteilhafterweise sind zwischen dem Motor-Getriebe-Aggregat und dem Drehgestellrahmen und/oder dem Fahrzeugrahmen schwingungsdämpfende Vorrichtungen angeordnet. Dabei können in bevorzugter Ausbildung die schaltbaren Kupplungselemente selbst zusätzlich als Dämpfer ausgebildet sein.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Man erkennt in perspektivischer, teilweise schematischer, teilweise aufgebrochener Darstellung einen Ausschnitt aus einem Triebdrehgestell für ein Hochgeschwindigkeitstriebfahrzeug, wobei wegen der besseren Übersichtlichkeit der Fahrzeugrahmen weggelassen wurde. Man erkennt ein Gleis 1, auf dem zwei Antriebsräder 2 laufen. Die Antriebsräder 2 sind durch eine Radachse 20 miteinander verbunden. Ein Drehgestellrahmen 4 stützt sich über Federn 3 auf Achslagern 11 ab. In der Mitte des Drehgestellrahmens 4 erkennt man einen Drehzapfen 5, der die Verbindung zu dem Fahrzeugrahmen herstellt.
Im Inneren des Drehgestellrahmens erkennt man einen Motor 6.
Die Befestigung des Motors 6 am Fahrzeugrahmen erfolgt über einen Drehpunkt 7 in der Nähe des Drehzapfens 5. Achsseitig ist der Motor 6 über zwei Pendel 8, 9 am Drehgestellrahmen 4 aufgehängt.
Am Motor 6 ist ein Untersetzungsgetriebe 10 angeflanscht, bestehend aus einem Motorritzel 15, einem Zwischenrad 16 und einem Großrad 17, welche schematisch angedeutet sind.
Die Kraftübertragung vom Großrad erfolgt über ein nicht sichtbares erstes Kardangelenk auf eine Kardanhohlwelle 18 und über ein zweites Kardangelenk 19 direkt auf eines der Triebräder 2.
Wie bereits erwähnt, hat sich eine derartige Anordnung von Motor, Kardanwelle und Triebradsatz bei den heutigen Triebfahrzeugen bereits vielfach bewährt, so daß sie auch für ein Hochgeschwindigkeitsfahrzeug übernommen werden kann.
Die starre Verbindung zwischen dem Motor-Getriebe-Aggregat 6, 10 und dem Fahrzeugrahmen 13 erfolgt beim Hochgeschwindigkeitslauf über eine querliegende Lenkerstange 12 mit einem schaltbaren Kupplungselement 21. Auf diese Weise ist das Motor-Getriebe-Aggregat starr an den Fahrzeugrahmen angeschlossen und nimmt an einer Drehgestellbewegung quer zur Fahrtrichtung sowie in Drehrichtung um den Drehzapfen 5 nicht teil. Die Relativbewegun zwischen Drehgestellrahmen und Fahrzeugrahmen wird durch die vertikalen Pendel 8, 9 ausgeglichen. Da beim Hochgeschwindigkeitslauf im geraden Gleis keine Drehbewegungen des Drehgestellrahmens 4 um seine Querachse auftreten, stört es nicht, daß das Motor-Getriebe-Aggregat 6, 10 mit etwa seinem halben Gewicht am Drehgestellrahmen hänge.
Beim Lauf im gebogenen Gleis und bei niedrigen Geschwindigkeiten wird das Kupplungselement 21 der querliegenden Lenkerstange12 gelöst und gleichzeitig ein Kupplungselement 22 in einer zweiten Lenkerstange 14 gekoppelt, so daß sich dann eine starre Verbindung zwischen Motor-Getriebe-Aggregat 6, 10 und Fahrgestellrahmen 4 ergibt. Jetzt folgt das Motor-Getriebe-Aggregat den Ausschlägen des Drehgestells und die Kardanwelle 18 mit ihren Gelenken 19 muß nur noch die Relativbewegungen zwischen Triebradsatz und Drehgestell ausgleichen.
Um die Eigenbewegungen des Motor-Getriebe-Aggregats 6, 10 gegenüber Fahrzeugrahmen und Drehgestellrahmen 4 zu dämpfen, werden Schwingungsdämpfer eingebaut. Dabei ist es beispielsweise möglich, zu diesem Zweck die schaltbaren Kupplungselemente 21, 22 einzusetzen, so daß das gerade nicht starr gekoppelte Kupplungselement als Dämpfer wirkt.
Leerseite

Claims

Patentansprüche Triebfahrzeug, insbesondere Eisenbahntriebfahrzeug, mit von Radachsen federnd getragenen Drehgestellrahmen, mit einem federnd auf den Drehgestellrahmen gelagerten Fahrzeugrahmen, mit wenigstens einem unter dem Fahrzeugrahmen und im Inneren des Drehgestellrahmens in der Nähe der von ihm angetriebenen Radachse und parallel zu dieser angeordneten Motor mit fest angeflanschtem Getriebe, mit einer Dreipunktaufhängung von Motor und Getriebe, wobei eine Aufhängung drehbar ausgebildet und direkt am Fahrzeugrahmen befestigt ist, und mit einer Kraftübertragung vom Motor auf die Räder, dadurch gekennzeichnet, daß das Motor-Getriebe-Aggregat (6, 10) auf der Achsseite mit zwei Pendeln (8, 9) am Drehgestellrahmen (4) aufgehängt ist, daß das Motorgehäuse (6) über eine erste querliegende Lenkerstange (12) mit dem Fahrzeugrahmen (13) und über eine zweite querliegende Lenkerstange (74) mit dem Drehgestellrahmen (4) starr koppelbar ist, und daß beim Fahren im geraden Gleis (1) die erste Lenkerstange (12) gekoppelt und die zweite Lenkerstange (14) gelöst, beim Fahren im gebogenen Gleis (1) die erste Lenkerstange (12) gelöst und die zweite Lenkerstange (14) gekoppelt ist.
2. Triebfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbar ausgebildete Aufhängung (7) des Motors (6) in unmittelbarer Nähe der Drehachse (5) des Drehgestellrahmens (4) am Fahrzeugrahmen befestigt ist.
3. Triebfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbar ausgebildeten Aufhängungen (7) des Motors (6) mit der Drehachse (5) des Drehgestellrahmens (4) am Fahrzeugrahmen befestigt ist.
4. Triebfahrzeug nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den querliegenden Lenkerstangen (12, 14) schaltbare Kupplungselemente (21, 22) angeordnet sind.
5. Triebfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungselemente (21, 22) mechanisch schaltbar sind.
6. Triebfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungselemente (21, 22) elektromechanisch schaltbar sind.
7. Triebfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungselemente (21, 22) hydraulisch oder pneumatisch schaltbar sind.
8. Triebfahrzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschalten der Kupplungselemente (21, 22) von der Quer-bewegungsamplitude des Triebradsatzes (2, 20) abhängig ist.
9. Triebfahrzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschalten der Kupplungselemente (21, 22) von der Querkraft oder auch von der Relativbewegungsamplitude zwischen Motor-Getriebe-Aggregat (6, 10) und Drehgestellrahmen (4) abhängig ist.
10. Triebfahrzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kardanwelle (18) eine konzentrisch zur Radachse (20) angeordnete Hohlwelle ist.
11. Triebfahrzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß schwingungsdämpfende Vorrichtungen zwischen dem Motor-Getriebe-Aggregat (6, 10) und dem Drehgestellrahmen (4) und/oder dem Fahrzeugrahmen angeordnet sind.
12. Triebfahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die schaltbaren Kupplungselemente (21, 22) zusätzlich als Schwingungsdämpfer ausgebildet sind.