Die vorliegende Erfindung betrifft eine mechanische Steuereinrichtung an Schienenfahrzeugen mit zumindest einem Radsatz zur Aenderung der Lage des Wagenlastens in Bezug auf Ausdrehen relatiu zu mindestens einem der Radsätze mit einem Gestänge. bestehend aus mindestens einem Lenkerpaar und einem Paar Steuerhebeln, wobei das Lenkerpaar annähernd in der Horizontalebene liegt und einenends an einer Achslagerstelle und andernends im Bereich des unteren Endes des Steuerhebels angelenkt ist und dabei das obere Ende des Steuerhebels am Wagenkasten angelenkt ist.
Es sind Steuereinrichtungen bei Schienenfahrzeugen bekannt, welche im Falle einer Kurvenfahrt die auf den Reisenden wirkende Fliehkraft dadurch zu verringern versuchen, dass sie das Schienenfahrzeug aktiv um seine Längsachse zur Bogeninnenseite hin neigen.
Ausserdem sind im Zusammenhang mit der Abstützung eines Wagenkastens von Schienenfahrzeugen die in der DE-PS 1 206 941 offenbarten Federstreben bekannt, deren Wirklinien nach oben hin konvergent geneigt sind und sich oberhalb des Wagenkasten-Schwerpunktes schneiden. Es handelt sich hierbei um die Kombination von Wankstütze und Vertikalfederung in der Sekundärstufe eines Schienenfahrzeuges.
Mit der Veröffentlichung aus Railway Gazette International, Band 133, Nr. 4 vom April 1977: B. R. Holcumb, "Self-steering wheelsets" (Seite 161, Figur 1, mittlere Spalte, Absatz 2) ist eine Steuereinrichtung bekannt, die zur Erhöhung der Kurvengeschwindigkeit dient, jedoch hierbei einzig die radiale Einstellbarkeit der Radsätze eines Drehgestells bewirkt. Hierzu sind die beiden Räderpaare über ein Lenker-Hebel-System unter sich, sowie mit dem Wagenkasten verbunden, was eine kastenseitige Zwangssteuerung der Radsätze ergibt.
Dabei soll die im Punkt "D" bewusst eingebaute Längsfederung zwischen Drehgestell und Wagenkasten ein Schlingern in der Geraden zulassen, wodurch der Steuereffekt bei Bogenfahrt erfahrungsgemäss jedoch stark vermindert wird.
Eine Aenderung der Lage des Wagenkastens bezüglich Wanken oder Querneigen, insbesondere für Kurvenfahrten beinicht ausgeglichener Fliehbeschleunigung ist mit der gezeigten Steuereinrichtung jedoch nicht möglich.
Die genannten Lösungen zielen darauf ab, die Kurvengeschwindigkeit eines Schienenfahrzeuges zu erhöhen, wobei auf rein mechanischem Wege versucht wird, über eine entsprechende, in der Sekundärstufe eines Schienenfahrzeuges angeordnete Vorrichtung, einzig das Wankverhalten eines Schienenfahrzeuges zu verbessern. Hierbei bleibt jedoch der Einfluss der gewählten Mittel auf die systembedingt auftretenden Radlaständerungen infolge Kurvenfahrt im übererhöten Gleis unberücksichtigt. In diesem Zusammenhang sind den aufgezeigten Lösungsformen konkrete Grenzen gesetzt, welche sich inbesondere durch die in der jüngsten Zeit, infolge von Fahrzeugen mit sehr hoher Schwerpunkts lage und grosser Verwindungssteifigkeit des Wagenkastens bedingten Anforderungen an eine Steuereinrichtung für den Wagenkasten eines Schienenfahrzeuges am deutlichsten zeigen.
Zum Stande der Technik gehört ferner eine Steuereinrichtung, die als gegenseitige Selbststeuerung ausgebildet ist, mit dem ausschliesslichen Ziel, eine optimale Stabilität in bezug auf das Schlingern der Radsätze zu erlangen. Diese Steuereinrichtung ist jedoch in bezug auf die Reduktion des Neigungskoeffizienten bei Kurvenfahrt unwirksam, da sie weder eine Querneigung des Wagenkastens zur Bogeninnenseite hin erlaubt, noch einen Aufrichteffekt für den im Bogen stehenden Wagenkasten besitzt. (GB-B 1 449 249).
Die Aufgabe, die sich hieraus stellt, ist die Schaffung einer Steuereinrichtung für den Wagenkasten eines Schienenfahrzeuges, mit der einerseits eine Erhöhung der Kurvengeschwindigkeiten ermöglicht wird und die andererseits uerhütet. dass die Reisenden bei Kurvenfahrt Querbeschleunigungen ausgesetzt werden, die einen bestimmten Schwellenwert überschreiten.
Diese Steuereinrichtung zeichnet sich aus durch den Wortlaut des Anspruches 1.
Diese Steuereinrichtung erlaubt überdies die radiale Einstellbarkeit der Radsätze eines Drehgestelles auf den Kurvenmittelpunkt hin und verringert dabei die infolge Kurvenfahrt im überhöhten Gleis auftretende Schienenrichtkraft am jeweils führenden bogenäusseren Rad des vorlaufenden Drehgestelles. Ausserdem verlagert sie den Anteil der dort gleichzeitig auftretenden Radentlastung zugunsten der Sicherheit gegen Entgleisung auf das nachlaufende, bogenäussere Rad desselben Drehgestelles.
Durch diese Gesamtheit aller Massnahmen ergeben sich für die mit den Mitteln der beschriebenen Steuereinrichtung ausgerüsteten Schienenfahrzeuge wesentliche Vorteile, insbesondere bei der Erhöhung der Fahrgeschwindigkeiten auf kurvenreichen Strecken, aber auch bezüglich Fahrkom fort, Verschleissverhalten und geräuscharmen Lauf.
Die Steuereinrichtung ist in Form eines einfachen Gestänges derart konzipiert, dass sie sich auch zu einer nur teilweisen Anwendung der gezeigten Mittel eignet und damit bestimmte Effekte zu erzeugen in der Lage ist.
Die Erfindung wird anscnliessend anhand einer Zeichnung erläutert und die jeweilige Funktionsweise beschrieben.
Bei den, zum besseren Verständnis perspektivisch ausgeführten Darstellungen, ist der Erfindungsgegenstand jeweils in ein zweiachsiges Drehgestell appliziert. Hierbei ist die entsprechende Steuereinrichtung bezüglich der Längsmittelebene symmetrisch im Drehgestell angeordnet und einfachheitshalber mit sichtbaren Linien gezeichnet, wobei nur die von aussen her am Drehgestell sichtbaren Anschlusspunkte dargestellt sind.
Es zeigen:
Die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Steuereinrictung steht im Wesentlichen aus einem, beidseits zwischen einem Wagenkasten 12 und den Radsätzen 9, 9' eines Drehgestells 13 angeordneten Lenker-Hebel-System 2,2', an welchen die beiden c-förmigen Steuerrahmen 10, 10' gelenkig aufgehängt sind. Letztere umgreifen jeweils einen Radsatz 9, 9', z.B. im Wesentlichen in der Horizontalebene liegend. Sie sind einerseits mit den entsprechenden Achslagerstellen 8, 8' verbunden und weisen andererseits je einen zur Drehgestellmitte hin gerichteten Verbindungssupport 19, 19' auf, welche miteinander in einem, in der Drehgestellmitte angeordneten und um'die Vertikalachse schwenkbaren -Drehlager 6 verbunden sind. Jedes Lenker-Hebel-System 2, 2' besteht aus einem gemäss den Fig. 2 und 3 räumlich schräg nach oben gerichteten Steuerhebel 3, 3', der an seinem oberen Gelenkpunkt 15,15' am Wagenkasten 12 aufgehängt ist, dessen mittlerer Gelenkpunkt 16 16, am c-förmigen Steuerrahmen 10, angreift und dessen unterer Gelenkpunkt 17 17', über einen Lenkhebel 4, 4' am gegenüberliegenden c-förmigen Steuerrahmen 10 befestigt ist. Hierbei sind vorzugsweise sämtliche gelenkigen Verbindungspunkte der Steuereinrichtung 1 mit im wesentlichen horizontalen Schwenkachsen und mit wartungsfreien elastischen Lagern 5 ausgeführt. Diese können beispielsweise als sphärische. Gummielemente ausgeführt sein.
Durch diese Konstruktion werden somit die sich gegenüberliegenden, dem Radsatz 9' zugeordneten Steuerhebel 3, 3' torsionsstabartig auf der Basis vom Abstand der Gelenkpunkte 16, 16' am c-förmigen Steuerrahmen 10' abgestützt und sind mit diesem quer zur Fahrtrichtung gesehen in bezug auf Wanken und Querneigen des Wagenkastens als Gelenkviereck wirkverbunden.
Bei der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Steuereinrichtung 1 sind die beiden Steuerhebel 3, 3' nach oben hin so zweieinander geneigt, dass sich deren Wirklinien oberhalb des Wagenkasten-Schwerpunktes 20 im Schnittpunkt 30 schneiden. Wenn infolge Fliehkraftüberschuss bei Kurvenfahrt im überhöhten Gleis zwischen Drehgestell 13 und Wagenkasten 12 eine Querverschiebung nach bogenaussen auftritt. wird durch die Anordnung der Steuerhebel 3, 3' gem. Fig. 3 eine Neigung des Wagenkastens 12 nach bogeninnen bewirkt, indem die Steuereinrichtung 1 in ihrer Schnittebene I-I gesehen als Gelenkviereck wirkt. Hierbei richtet sich, entsprechend ihrem Bogenmass der bogenäussere Steuerhebel 3' weiter auf und es senkt sich der bogeninnere Steuerhebel 3 weiter ab, wobei der Wagenkasten 12 um den Schnittpunkt 30 der Wirklinien der beiden Steuerhebel 3, 3' nach bogeninnen geneigt wird. Im Falle eines Stillstands des Fahrzeuges im überhöhten Gleisbogen erfolgt, dem Hangabtrieb entgegengesetzt wirkend, ein Aufrichten des Wagenkastens 12, wobei die Steuereinrichtung 1 in ihrer Schnittebene I-I gesehen, wiederum als Gelenkviereck wirkt. Hierbei senkt sich, entsprechend ihrem Bogenmass der bogenäussere Steuerhebel 3' weiter ab und es richtet sich der bogeninnere Steuerhebel 3 weiter auf, wobei der Wagenkasten 12 um den Schnittpunkt 30 der Wirklinien der beiden Steuerhebel 3. 3' nach bogenaussen aufgerichtet wird.
Eine gleichzeitige Schrägstellung der beiden Steuerhebel 3, 3' in der nach Fig. 2 gezeigten Richtung bewirkt auch im nicht überhöhten Gleis bei Kurvenfahrt eine Neigung des Wagenkastens 12 nach bogeninnen. Dies geschieht infolge der Ausdrehbewegung zwischen Drehgestell 13 und Wagenkasten 12 und der sich daraus ergebenden gegenläufigen Kinematik der beiden Steuerhebel 3, 3'.
Die Kombination der beiden Steuerhebel 3, 3 mit dem c-förmigen Steuerrahmen 10' bewirkt gleichzeitig eine direkte Wankstütze, welche zwischen Wagenkasten 12, durch Ueberbrückung der Sekundärstufe 18 und der Primärstufe 14, direkt auf den, bei einem Zweirichtungsfahrzeug gegen Wagenmitte hin innenliegenden Radsatz 9' wirkt. Hierdurch wird bei Kurvenfahrt im überhöhten Gleis die Verteilung der Radlaständerungen positiv beeinflusst.
Ausserdem wird durch die Kombination des Lenker-Hebel-Systems 2, 2' mit den beiden c-förmigen Steuerrahmen 10, 10, und deren gelenkige Verbindung im Drehlager 6 zusammen mit deren Anbringung an den Achslagerstellen 8, 8', eine wagenkastenseitige Zwangssteuerung der beiden Radsätze 9, 9' erreicht, welche sich so bei Kurvenfahrt radial auf den Kurvenmittelpunkt hin einstellen.
Durch die Gesamtheit dieser Massnahmen wird mit den erfindungsgemässen Mitteln eine Erhöhung der Kurvengeschwindigkeit von Schienenfahrzeugen ermöglicht, ohne dass die Reisenden höheren Querbeschleunigungen ausgesetzt werden. Hierbei werden die infolge Kurvenfahrt im überhöhten Gleis auftretenden Schienenrichtkräfte am jeweils führenden, bogenäusseren Rad des vorlaufenden Radsatzes 9 bzw. 9' reduziert und der Anteil der dort gleichzeitig auftretenden Radentlastung zugunsten der Sicherheit gegen Entgleisung auf das bogenäussere Rad des nachlaufenden Radsatzes 9' bzw. 9 verlagert. Zudem ist durch die radiale Einstellbarkeit der Radsätze 9, 9' ein gutes und. verschleissarmes Spuren bei Kuruenfahrt gewährleistet.
In den Fig. 4 und 5 ist eine einfachere und kostengünstigere Steuereinrichtung 11 bei einseitiger Anwendung auf einen Radsatz gezeigt, welche direkt zwischen einem Wagenkasten 12 und dem bei einem Zweirichtungsfahrzeug, jeweils gegen die Wagenmitte hin innenliegenden Radsatz 9' eines Drehgestells 13 angeordnet ist. Hierbei sind zwei Steuerhebel 23, 23' mit ihren oberen Gelenkpunkten 25, 25' am Wagenkasten 12 aufgehängt.
In deren unteren Gelenkpunkten 27, 27' ist ein c-förmiger Steuerrahmen 10' gelenkig gelagert, der den Radsatz 9' vorzugsweise im Wesentlichen in einer Horizontalebene liegend umgreift und mit den beiden Achslagerstellen 8' verbunden ist. Sämtliche gelenkigen Verbindungspunkte der Steuereinrichtung 11 sind vorzugsweise mit wartungsfreien elastischen Lagern 5 ausgeführt. Diese können beispielsweise als sphärische Gummielemente ausgeführt sein.
Die Wirkung dieser einseitig angeordneten Steuereinricntung 11, ist abhängig von der Art und Weise der Schrägstellung der beiden Steuerhebel 23, 23' und bezieht sich bei einem Zweirichtungsfahrzeug jeweils auf den gegen die Wagenmitte hin innenliegenden Radsatz 9'. So bewirkt die Anordnung einer Steuereinrichtung 11 gemäss Fig. 4, mit einer ausschliesslichen Schrägstellung der beiden Steuerhebel 23, 23' in der in Fig. 3 gezeigten Querebene, dass bei Kurvenfahrt im überhöhten Gleis eine Neigung des Wagenkastens 12 nach bogeninnen erfolgt, wenn durch den Fliehkraftüberschuss zwischen Drehgestell 13 und Wagenkasten 12 eine Querverschiebung nach bogenaussen auftritt.
Im Falle des Stillstandes eines Fahrzeuges im überhöhten Gleisbogen erfolgt durch die Steuerhebel 23, 23' ein Aufrichten des Wagenkastens 12, dem Hangabtrieb entgegengesetzt-wirkend.
Eine Schrägstellung der beiden Steuerhebel 23, 23' ausschliesslich in der gemäss Fig. 5 dargestellten Längsebene bewirkt auch im nicht überhöhten Gleis bei Kurvenfahrt eine Neigung des Wagenkastens 12 nach bogeninnen, die dann infolge der gegenläufigen Kinematik der beiden Steuerhebel 23, 23' bei der Ausdrehbewegung zwischen Drehgestell 13 und Wagenkasten 12 auftritt.
Die in Figur 4 gezeigte, räumlich schräg nach oben gerichtete Anordnung der beiden Steuerhebel 23, 23' ergibt die Kombination der beiden zuvor beschriebenen Einzeleffekte, wobei die einseitige Anordnung der Steuereinrichtung 11 bei einem Zweirichtungsfahrzeug bewusst auf den gegen die Wagenmitte hin innenliegenden Radsatz 9' eines Drehgestells 13 ausgerichtet ist. Die zuvor beschriebenen Massnahmen bilden insgesamt einen wesentlichen 8eitrag zur Erhöhung der Kurvengeschwindigkeit und zur Verbesserung der Entgleisungssicherheit.
Die gezeigte mechanische Steuereinrichtung 1, ist in Form eines einfachen Gestänges so konzipiert, dass sie entweder in ihrer Gesamtheit (Fig. 1-3) oder aber auch bei einer nur einseitigen Anwendung (Fig. 4 und 5) die in der Aufgabe gestellten Forderungen zu erfüllen vermag.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der gezeigten Steuereinrichtung 1, 11 besteht darin, dass sie jederzeit mit vergleichsweise geringem Aufwand bei Motor-, Trieb- oder Laufdrehgestellen der gezeigten Bauart nachgerüstet werden kann. Hierbei ist es im Sinne der vorliegenden Erfindung unerheblich, ob diese Drehgestelle mit herkönmlichen Radsätzen ausgerüstet sind, oder Einzelräder bzw. Losräder besitzen.
Eine Anwendung der offenbarten Steuereinrichtung 1 bei zweiachsigen Schienenfahrzeugen konventioneller Bauart ist ebenfalls denkbar. Weiter können auch Schienenfahrzeuge, die mit sogenannten Einachslaufwerken ausgerüstet sind, vorteilhaft mit der gezeigten Steuereinricltung 11 versehen werden.
Bei Einrichtungsfahrzeugen bezieht sich die Anwendung einer Steuereinrichtung 11 sinngemäss auf den, jeweils vom Führestandsende aus gesehen nachlaufenden Radsatz eines jeden Drehgestells 13.
Die erfindungsgemässe Steuereinrichtung versteht sich also als ein Gestänge, mit dem mindestens ein Räderpaar direkt mit dem Wagenkasten verbunden ist, zum Zwecke der Aenderung seiner Lage relativ zu mindestens einem der Radsätze, insbesondere bezogen auf sein Wankbzw. Querneigeverhalten bei Kurvenfahrt mit nicht ausgeglichener Fliehbeschleunigung und unter Berücksichtigung der auftretenden Radentlastungen. Hierzu bedient sich die erfindungsgemässe Steuereinrichtung im wesentlichen mindestens zweier paarweise angeordneter Steuerhebel, über die sich der Wagenkasten direkt auf die c-förmigen Steuerrahmen torsionsstabartig abstützt und mit diesen in bezug auf Wanken und Querneigen als Gelenkviereck wirkverbunden ist.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung hat die an sich bekannte, radiale Einstellbarkeit der Radsätze dank der einfachen Kombination der gezeigten Mittel durch die sich ergebenden kleineren Anlaufwinkel und Richtkräfte eine unterstützende Wirkung in bezug auf höhere Kurvengeschwindigkeiten.