DE898007C - Einrichtung zur Einstellung der seitenverschiebbaren Achswelle von Schienenfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Einstellung der seitenverschiebbaren Achswelle von Schienenfahrzeugen, durch welche die Laufeigenschaften derartiger Fahrzeuge verbessert werden sollen. Sie ist im wesentlichen gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Dämpfung der Versdiiebebeweigungen mittels Gase oder Flüssigkeiten.

Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. ι einen Längsschnitt durch die Einrichtung mit einer Achsbuchse mit Zylinderrollenlagern,

Fig. 2 einen Teilschnitt einer Abänderung der Einrichtung nach Fig. i,

Fig. 3 einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 4 in vergrößertem Maßstal) einen Teilschnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 1 bei einem belasteten Lager,

Fig. 5 einen vergrößerten Teil der Fig. ¹I, welcher die bei Belastung entstehenden Deformationen der Berührungsstellen zwischen einer der Rollen und den inneren und äußeren Rollbahnen darstellt,

Fig. 6 einen schematischen Grundriß, welcher die Form der Berührungsfläche zwischen einer der Rollen und der äußeren Rollbahn bei Belastung veranschaulicht,

Fig. 7 einen schematischen Grundriß, welcher die Form der Berührungsfläche zwischen einer der Rollen und der inneren Rollbahn bei Belastung erkennen läßt,

Fig. 8 einem Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform, die so beschaffen ist, daß Luft aus einer Druckkammer durch einen engen Spalt von verhältnismäßig großer Länge austreten kann, Fig. 9 einen Längsschnitt, der eine weitere Ausführungsform zeigt, bei welcher der Käfig eines Wälzlagers einen Teil der einen Wand der Druckkammer bildet.

Um zu erklären, wie die Erfindung einen gleichmäßigeren Lauf von Schienenfahrzeugen ermöglicht, werden im folgenden gewisse Erscheinungen erläutert, die an den Berührungsstellen zwischen den Rollen und Rollbahnen eines Rollenlagers während des Laufes auftreten.

Die in der Zeichnung dargestellten Lager haben zylindrische Rollen 4, welche außen auf einer zylindrischen Fläche 6 und innen auf einer zylindrischen Fläche 3 rollen. Wenn angenommen wird, daß die geometrischen Achsen sämtlicher Rollen parallel ao mit der gemeinsamen geometrischen Achse der Rollbahnen verlaufen, dann bilden die Berührungen bei einem unbelasteten Lager gerade Linien. Wenn das Lager belastet wird, entstehen an den Berührtmgsstellen im wesentlichen rechteckige Flächen, die an den Bahnen etwas konkav und an den Rollkörpern 4etwas abgeplattet sind. Fig. 4 bis 7 zeigen schematisch, aber nicht maßstäblich das Aussehen dieser Berührungsflächen im belasteten Zustande. Die elastischen Verformungen sind der Deutlichkeit halber sehr übertrieben gezeigt. In Wirklichkeit erstrecken sie sichnur über einigehundertstel Millimeter. In den Figuren bezeichnen ausgezogene Linien Schnitte in der Zeichenebene von unbelasteten und belasteten Teilen der RoI¹Ie 4 und RoIlbahnen 3 und 6. Gestrichelte Linien zeigen die ursprüngliche Form der Rollen 4, strichpunktierte Linien die Lage der Rolle, nachdem sie unter Einwirkung einer Axialkraft nach links verschoben worden ist.

Fig. 6 zeigt die Projektion des Umrisses der Berührungsfläche an der äußeren Rollbahn 6. Die Berührungsfläche wird an den Längsseiten von den ausgezogenen Linien 50 und an den Enden von den Linien 51 begrenzt. In ähnlicher Weise zeigt Fig. 7 die Projektion des Umrisses der Berührungsfläche am Innenring 3, begrenzt von den Linien 52 an den Längsseiten und 53 an 'den Enden. Fig. 4 zeigt einen Querschnitt längs der Ebene 4-4 in Fig. 1 durdh die Rolle 4 und die Berührungen der nicht verformten Fläche 54 mit den "beiden Rollbahnen 3 und 6. Die Flächen 57 und 59 stellen diejenigen Teile der verformten Rollfläche dar, die Eindrückungen in die nicht verformte äußere Fläche 6 und in die nicht verformte innere Fläche 3 verursacht, wie dies bei 56 und 60 angedeutet ist.

Es sei angenommen, daß der innere Ring im Uhrzeigersinn umläuft, wie die Pfeile 61 in Fig. 4 und 5 zeigen. Das Umlaufen findet unter Rollreibung statt, die hauptsächlich auf die entstehenden Verformungen der ursprünglich zylindrischen Flächen "zurückzuführen ist. Der Widerstand der Rollreibung wirkt in Umfangsricbtung, wie der Pfeil 63 in Fig. 4 und die Pfeilspitze 64 in Fig. 5 zeigen. Die Seitenbewegung der Achswelle, beispielsweise von rechts nach links, wie in Fig. 6 gezeigt ist, bewirkt eine Verschiebung der ganzen Berührungsfläche etwas nach links, bevor ein Gleiten stattfindet. Infolge dieser Verschiebung bewegt sich die Rolle 4 auf einer schraubenförmigen Bahn, 'die von der Umfangsrichtung um einen Winkel abweicht, der gewöhnlich kleiner als i° ist. Hierdurch scheint die Rolle in axialer Richtung zu gleiten, obwohl kein wirkliches Gleiten stattfindet. Diese Erscheinung wird deshalb scheinbares Gleiten genannt. Die Rolle bewegt sich auf einer schraubenförmigen Bahn, die in übertriebenem Maßstab gezeigt wird durch die Abweichung zwischen dem Pfeil A in Fig. 7, der das gerade 'Vorwärtsrollen bezeichnet, und dem Pfeil B, der die wirkliche Bewegung längs der schraubenförmigen Bahn bezeichnet. In dieser schraubenförmigen 'Bahn hat die Rolle 4, im Vergleich mit der Rollenreibung in axialer Richtung, nur einen unbedeutenden Widerstand zu überwinden. Diese axialen Abweichungen werden von einer axial gerichteten Kraft verursacht, die größer wird, je nachdem die Seitenbewegung der Achswelle im Verhältnis ziu ihrer Umlaufgeschwindigkeit größer wird, bis sie den Reibungswiderstand der Rolle gegen Gleiten überschreitet. Wenn reines Gleiten _go stattfindet, droht die Gefahr von Beschädigungen. Nach der Erfindung wird ein Zusatzwiderstand eingeschaltet, und zwar durch Verdrängen und/oder Zusammendrücken von Flüssigkeiten oder Gasen, um ein solches schädliches Gleiten zu verhindern oder zu vermindern und dadurch die Verschiebung der Rollen soweit wie möglich auf ein unschädliches Gebiet zu begrenzen. Die Erfahrung hat gezeigt, daß die Lager nicht beschädigt werden, wenn die Rollen innerhalb der zulässigen Winkelabweichung gehalten werden.

Um die Erklärung zu vereinfachen und Wiederholungen zu vermeiden, wird in dem folgenden als Beispiel 'die Anwendung von Luft beschrieben, die auf einen erhöhten und/oder verminderten Druck gebracht wird. Es ist offenbar, daß der Druck, der entsteht, wenn die Achswelle nach der einen Seite verschoben wird, auf Atmosphärendruck oder darunter sinkt, wenn die Achswelle zurückgeführt wird, und daß Druck unter Atmosphärendruck, d. h. ein partielles Vakuum, die Bewegung der Achse ebenso wirksam hemmt wie ein. Überdruck. Es ist ferner verständlich, daß auch Flüssigkeiten u. dgl., einschließlich Öl, Fett oder deren Kombinationen mit Luft, eine elastische und dämpfende Wirkung ergeben können und daß Räume, die ganz oder teilweise mit sogenannten nicht zusammendrückbaren Flüssigkeiten, welche auch Fett und öl umfassen, gefüllt sind, diese nur in solcher -Menge abgeben können, wie andere angeschlossene Räume es zulassen.

In Fig. ι bezeichnet Ί einen Achszapfen und 2 eine auf diesem aufgepreßte Hülse, welche mit einer zylindrischen Fläche 3 versehen ist, auf welcher die Rollen 4 laufen und axial verschiebbar sind, um Seitenbewegungen der den .Acbszapfeni 1

tragenden Achswelle zu ermöglichen. Eine Hülse 5, die sich in einer Achsbuchse 7 befindet, ist mit einer inneren zylindrischen Fläche 6 versehen, gegen welche die Rollen 4 laufen. Die Achsbuchse 7 ist in einem der Drehgestellrahmen 8 angebracht. Auf dem Zapfen 1 sitzt ein Abstandsring 9, welcher die Bewegung der Rollen 4 nach rechts begrenzt, und ein anderer Abstandsring 10, der ihre Bewegung nach links begrenzt. Eine Scheibe ίι ist am

to Zapfenende festgeschraubt und bildet zusammen mit dem Achsbuchsendeckel 12 eine Kammer 15, in welcher die Luft bei einer Bewegung der Achswelle nach links zu einem Druck zusammengepreßt wird, dessen Größe vom Verhältnis zwischen dem größten und kleinsten Volumen der Kammer 15 abhängig ist. Das größte Volumen ist dann vorhanden, wenn die Achswelle ihre in Fig. 1 rechte Grenzlage eingenommen hat, und das kleinste Volumen, wenn die Achswelle ihre linke Grenzlage

ao erreicht hat. Das Lecken durch den Spalt 13 vermindert den Druck und bewirkt eine gewisse Regelung. Wenn die Kammer vollkommen dicht wäre, würde ein elastisches Zurückschnellen der Achse eintreten. Das Spiel vermindert den Druck kontinuierlich und erzeugt dadurch eine regelbare Wirkung, bei welcher der Widerstand mit der Zeit stufenweise abnimmt. Die in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen sind mit einer weiteren Kammer 14 versehen, in welche Luft aus der Kammer 15 gelangen kann. Das Lecken aus der Kammer 14 wird vom Spiel 16 an der inneren Wand 17 der Kammer 14 bestimmt, die in den Figuren als in einem Stück mit dem Ring 10 ausgeführt gezeigt ist, aber auch einen getrennten Teil bilden kann.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform mit einem Kolbenring 18 zwischen den Wänden 11 und 17 und einer Anzahl in den Wänden angeordneter Löcher-19. Ohne diese Löcher würde so gut wie alle Luft in der Kammer'15 vom Kolbenring zurückgehalten werden. Durch die Wahl einer bestimmten Anzahl und Größe der Löcher 19 wird es möglich, die Dämpfungswirkung genauer zu regeln als durch die Spiele 13 und 16, deren Größe von verhältnismäßig rauhen Oberflächen des Deckels 12 und/oder der Mantelfläche der Ringe 11 und 17 abhängt. In gewissen Fällen kann man anstatt des Kolbenringes einen Filzring zwischen den Wänden 11 und 117 anbringen. Der Filzring hindert nicht die Luftströmung so vollständig wie der Kolbenring.

Fig. 3 zeigt eine 'Ausführungsform mit mehreren

Kammern. In diesen Kammern wird der Druck wechselweise vergrößert und vermindert, wodurch größere hemmende Kräfte erzeugt werden als bei den eingangs erwähnten Ausführungen.

Eine Scheibe 30, die am Achswellenende befestigt ist, bildet eine Kammer 31 zusammen mit dem Deckel 12. Ein Flansch 312 an der Scheibe 30 bildet eine weitere Kammer 33 zwischen ihrer inneren Fläche und einer ringförmigen Wand 34, die zwischen dem Deckel 12 und einem Abstandsring 35, der gegen den Außenring 5 des Rollenlagers anliegt, festgeklemmt ist. Die Wand 34 bildet eine dritte Kammer 36 zwischen ihrer inneren Fläche und einem Abstandsring 37, der gegen den Lagerinnenring 2 anliegt. Zwischen diesem Abstandsring 37 und dem Ring 35 mit einem Dichtungsorgan 39, das in einer Ausdrehung 40 des Ringes 35 angebracht ist, befindet sich eine vierte Kammer 38.

Wenn die Achswelle nach links verschoben wird, drücken die Scheibe 30 mit ihrem Flansch 32 sowie der Ring 37 mit seinem Flansch 41 das Volumen der Kammern 31 und 36 zusammen, und somit wird der Druck in diesen Kammern höher. Die gleiche Achswellenlbewegung vergrößert gleichzeitig die Volumina der Kammern 33 und 38 und vermindert den Druck in diesen Kammern. Da jede Änderung des Druckes über oder unter den Atmosphärendruck Energie absorbiert, haben samtliehe Kammerni eine dämpfende Wirkung auf die hin und her gehende Bewegung der Achswelle. Die Kolbenringe 42, 43 und 44 vermindern das Lecken zwischen den Kammern und erhöhen somit die Elastizität wesentlich. Die Zurückbewegung der Achswelle nach rechts vermindert den Druck in den Kammern 31 und 36 und erhöht den Druck in den Kammern 33 und 38. Der erste Teil dieser Bewegung bringt den Druck wieder auf den Atmosphärendruck zurück, aber darauf entsteht durch die Bewegung die gleiche Dämpfungswirkung, aber in umgekehrter Richtung wie im ersten Beispiel. Infolge des Spiels zwischen Schienen und Radkränzen, das erforderlich ist, um den Lauf des Fahrzeugs in den Kurven zu ermöglichen, sowie auch infolge eines gewissen Spieles in den Verbindungen zwischen den verschiedenen Teilen der Drehgestelle findet, sobald das Fahrzeug in Gang ist, eine hin und her gehende Bewegung zwischen den einzelnen Teilen statt. Die größte Bewegung entsteht zwischen dem Wagenkasten und der Achswelle, während die Verschiebung zwischen den übrigen Teilen kleiner ist und davon abhängt, wie diese Teile miteinander verbunden sind, durch lose Gehänge, Federn oder feste Verbindungen. Personenwagen weisen eine teuere Ausführung auf mit einer größeren Anzahl Federn und geringem Spiel zwischen den verschiedenen Teilen als Güterwagen, die oft mit unbearbeiteten Teilen versehen sind, zwischen welchen, um die Zusammensetzung zu erleichtern, ein verhältnismäßig großes Spiel vorhanden sein muß.

Die obenerwähnten Seitenbewegungen erzeugen axial gerichtete Kräfte, welche die den Axialdruck aufnehmenden Flächen belasten, wenn der Spurkranz in bezug auf die Schiene seine Endlage erreicht. Die größte Kraft entsteht während der Seitenbewegungen der Achse und des Innenringes, wenn die Flansche der Rollenlager gegen die Rollenenden schlagen oder bei Schlägen auf die den Axialdruck aufnehmenden Flächen. Die Größe der Kraft ist gleich dem Produkt der totalen Masse sämtlicher an der Bewegung teilnehmenden Teile mal der ursprünglichen Geschwindigkeit, dividiert durch die Zeit, welche erforderlich ist, um die Masse vollständig abzubrennen. Die Zylinderrollen-

lager in Fig. i, 2, 3, 8 und 9 zeigen die Achswelle in der mittleren Lage in der Achsbuchse/ mit Spiel zwischen den äußeren Enden der Rollen; 4 und den Stirnflächen der Ringe 9 und io. Dieses Spiel S ist mit dem in Gleitlagern vorkommenden Spiel vergleichbar.

Bei gewissen Au'sführungsformen der Erfindung wird eine dämpfende Wirkung dadurch erreicht, daß man einen Teil der Luft, die von der seiten beweglichen Achswelle in einer Kammer komprimiert wird, ausströmen läßt. Vollständig eingeschlossene Luft würde einen hohen Grad von Elastizität haben, welche die Berührung zwischen den Rollen 4 und den inneren Stirnflächen der Ringe 9 und 10 vollständig verhindern und somit keine Axialbelastung der Lager aufkommen lassen würde. Diese Art der Zusammendrückung, für die kein Schutz begehrt wird, führt aber die Achswelle nach rechts zurück mit etwa derselben Geschwindi'gkeit, mit welicher sie sich nach links verschoben hat. Dies würde den Ausschlag der hin und her gehenden Bewegung zwischen gewissen Teilen vermindern, gleichzeitig aber die Neigung zu rhythmischen Schwingungen erhöhen. Wenn man dagegen die Luft herausströmen läßt, wird die Elastizität in wünschenswertem Grade geregelt. Bei Anordnungen nach der Erfindung wird somit ein Widerstand gegen Seitenkräfte erzeugt, der in Abhängigkeit von der Zeit abnimmt; dadurch wind nicht immer verhindert, daß die Rolleinenden Seitenkräften ausgesetzt werden. Mit anderen Worten, die Zusammendrückung der Luft vermindert die Verschiebung der Rollenenden gegen die Stützflächen und verlängert die Zeit, die erforderlich ist, um die Teilte zum Stillstand zu bringen. Dadurch werden die Stöße und auch die Größe der Seitenkräfte vermindert und die Laufeigenschaften des Wagens verbessert, gleichgültig, welche Lagerbauart verwendet wird. Anstatt des Kolbenringes 18 zwischen den Wänden 11 und 17 in Fig. 2 können Ringe aus Leder oder Gummi verwendet werden·. -

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher ein enger radialer, den Spalten 13 und 16 (Fig. 1) ähnlicher Spalt 70 zwischen dem inneren Stützring 10 und dem Deckel 12 eine Verringerung des Luftdruckes in der Kompressionskammer 15 zustande bringt. Der Spalt 70 ist lang, um die Strömung durch erhöhten Reibungswiderstand zu behindern und somit einen Teil der lebendigen Kraft der Achswelle aufzunehmen.

Fig. 9 zeigt eine geänderte Ausführungsform mit einem Rillenkugellager 80 am Ende des Achszapfens 1 der Achswelle, die in der mittleren Lage gezeigt ist. Das Lager bewegt sich hin und her im Raum 81 zwischen dem Deckel 12 und dem Ringflansch 90. Wenn die linke Seitenfläche 82 des Lageraußenringes 83 mit dem Deckel 12 in Berührung kommt, ist der Raum 15 wesentlich kleiner geworden. Der enge- Spalt 85 zwischen dem Käfig 86 des Lagers und den Flächen 87 erlaubt ein gewisses Lecken beim Zusammendrücken der Luft, wie früher erwähnt.

Wenn die rechte Fläche 89 des Außenringes 83 mit dem Ringflansch 90 in Berührung kommt, wird der Raum 15 größer, und es entsteht ein Unterdruck. Sowohl Druck als auch Unterdruck bewirken eine Verminderung der Seitenbewegung der Achswelle in der gewünschten Weise. Der Raum im Lager 80, der nicht von den Kugeln und dem Käfig 86 ausgefüllt wird, bildet eine Kammer für die zusammengedrückte Luft.

In den gezeigten Beispielen wird angenommen, daß in der ganzen Achsbuchse Atmosphärendruck herrscht, wenn die Achswelle ihre mittlere Lage einnimmt. Es ist offenbar, daß bei anderen Betriebsverhältnissen Atmosphärendruck bei einer anderen Lage der Achswelle herrschen kann.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Einrichtung zur Einstellung der seitenverschiebbaren Achswelle von Schienenfahrzeugen, S5 gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Dämpfung der Verschiebebewegungen der Achswelle mittels Gasen oder Flüssigkeiten.

2. Einrichtung nach Anspruch T, gekennzeichnet durch eine zwischen der Achswelle und den inneren 'Wänden der Achsbuchse (7) angeordnete Dämpfungskammer (15), die mit auf der Achswelle befestigten Organen (10, 11) eine Kolbendämpfung bildet.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Wänden der Dämpfungskammer (15) und den mit der Achswelle verbundenen Organen (10, 11) ein Leckspalt (13, 16) bestimmter Größe angeordnet ist, der eine geregelte Strömung von Gas oder Flüssigkeit zu und von der Kammer ermöglicht.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine weitere Kammer (114), die zwischen der Achsbuchse (7) und der Achswelle neben der ersten Dämpfungskammer (15) angeordnet ist, wobei beide Kammern duirch den Leckspalt (13, 16) miteinander in Verbindung stehen (Fig. 2).

5. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine '.Mehrzahl von Kammern no (3I) 33) 36, 38), die axial nebeneinander an-., geordnet und durch Ledkspalte bestimmter Größe miteinander in Verbindung stehen, die eine geregelte Strömung von Gas oder Flüssigkeit zwischen den Kammern zulassen (Fig. 3).

6. Einrichtung nach einem der Ansprüchen bis 5, gekennzeichnet durch eine am Achswellenende angebrachte Platte (11, 32), welche die eine Wand der Kammer (15, 311) bildet.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge-" kennzeichnet, daß auf der Achswelle mehrere Scheidewände (32, 37) angebracht sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Achswelle verbundene Organ ein Wälzlager (80) ist, dessen Außenring (83) von der inneren

Wand der Achsbuchse (7) geringes radiales Spiel hat.

9. Einrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine mit der Achsbuchse (7) verbundene Scheidewand (34), welche zwischen den auf der Achswelle angeordneten Scheidewänden (32, 37) angebracht ist.

Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 701 243.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 5569 11.53