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Drehgestell-und otorauordnung fnr elektrische Lokomotiven mit Achsvorgelege- motoren.
An jeder Lokomotive tritt bei Ausübung der Zugkraft am Zughaken eine starke Veränderung der Aehsdrücke ein. Diese Gewichtsverlegung kommt zustande, weil die Zugkraft, welche am Zughaken, d. h. in einem beträchtlichen Abstand von Schienenoberkante angreift, mit ihrer Gegenkraft zwischen Rad und Schiene ein Kräftepaar bildet, welches die in Fahrtrichtung vorderen Achsen entlastet und die hinteren Achsen zusätzlich belastet. Die Gewichtsverlegung wird um so grösser, je grösser die Zugkraft und die Zughakenhöhe und je kleiner der Radstand ist.
Im Augenblick der Anfahrt, d. h. dann, wenn die grösste Zugkraft ausgeübt werden soll, steht also an einzelnen Achsen nur ein Teil des Achsdruckes zur Verfügung. Die Wirkung ist bei Lokomotiven mit Einzelachsenantrieb besonders schädlich, weil der am meisten entlastete Radsatz schleudern wird. sobald die Reibungsgrenze erreicht ist, obwohl die andern Achsen noch von der Schleudergrenze entfernt sind. Schleudert aber erst eine Achse, so ist die Anfahrt gestört und muss unterbrochen werden. Das Ergebnis ist so, als ob alle Achsen in gleicher Weise entlastet wären.
Die Erfindung beruht darauf, dass bei elektrischen Drehgestell-Lokomotiven mit Achsvorgelegemotoren, deren Triebdrehgestelle Laufachse nicht enthalten, die Entlastung der vordersten Achsen dadurch bedeutend vermindert werden kann, dass sich der Oberrahmen in der Lokomotivlängsrichtung in zwei oder mehr Stützpunkten auf jedes Drehgestell abgestützt und gleichzeitig die Motoren in jedem Drehgestell in gleicher Richtung, also entweder in jedem Drehgestell auf Lokomotivmitte zu oder von Lokomotivmitte ab aufgehängt werden.
In Fig. 1 bis 3 ist die Erfindung am Beispiel einer elektrischen Abraumlokomotive erläutert, bei der als Folge der hohen Zugkräfte und des sehr kleinen Drehgestellradstandes die Gewichtsverlegung besonders scharf ausgeprägt ist.
Fig. 1 zeigt die bisher übliche Bauart. Der Oberrahmen b stützt sich auf jedes Gestell mit Hilfe eines Kugelzapfens c ab, der auch den Drehpunkt bildet und der gleichzeitig die von den Treibachsen d des Drehgestelles ausgeübte Zugkraft aufnimmt. In Hinsicht der Gewichtsverlegung ist das Drehgestell
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Sehienenoberkante, einem Drehgestellradstand 1, und einer Achszugkraft Z wird die Entlastung Al der vordersten Achse durch die Gleichung :
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bestimmt. Hiebei und bei allen folgenden Gleichungen ist eine Vermehrung des Achsdruckes mit positiven Vorzeichen (+), eine Verminderung mit negativen Vorzeichen (-) bezeichnet.
Beträgt im Beispiel 1 der Achsdruck im Ausgangszustande, d. i. vor Ausübung der Zugkraft Ao = 10.000 kg und die Zugkraft jeder Achse Z = %. Ao = 2500 kg, so wird für übliche Konstruktions- masse hui = 0'8 mund 11 = 1'6 m die Entlastung der vordersten Achse :
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Punkten e auf jedes Drehgestell ab (Fig. 2, 3), so kann der Drehgestellrahmen die freie Bewegung gegen den Oberrahmen b um die wagrechte Querachse nicht mehr ausführen. Das Drehgestell muss vielmehr in der senkrechten Längsebene an allen Bewegungen des Oberrahmens teilnehmen.
Für Bewegungen in dieser Ebene ist die Wirkung gleichbedeutend mit einer Lagerung der Treibachsen in einem gemeinsamen durchlaufenden Rahmen ohne Drehgestelle.
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d. i. des Kräftespiels am Antriebsmotor und seiner Aufhängung, weil die Abstützung des Fahrzeuges in Längsrichtung in vier Punkten erfolgt und sich die Achsdrücke daher nicht mehr wie in Beispiel 1 aus dem Gleichgewicht der äusseren Kräfte allein bestimmen lassen.
Der Achsvorgelegemotor (Fig. 4) ruht in Tatzenlagern auf der Treibachse d und ist ferner an der der Achse cl abgewendeten Seite federnd am Drehgestellrahmen aufgehängt. Der Motor t übt ein Drehmoment Z. r auf dem Radsatz aus, wobei in der gezeichneten Fahrtrichtung die Zugkraft Z einerseits zwischen dem Rad und der Schiene nach vorn auf den Radsatz, anderseits in der Achslagerführung nach unten gerichtet auf ihn wirkt.
Das Gleichgewicht an dem gezeichneten System, Motor und Radsatz, erfordert, dass dann an der Motoraufhängung eine auf den Motor nach unten drückende Kraft F nach der Gleichung :
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auftritt, welche sich am Radsatz in einer Vermehrung des unmittelbaren, nicht durch die Tragfedern übertragenen Teiles des Achsdruckes von der Grösse F äussert, während am Lokomotivrahmen im An-
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Grösse wirkt.
Die Kraftrichtungen gelten für einen in Fahrtrichtung vor der von ihm angetriebenen Achse
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Die Grösse von F beträgt beispielsweise bei einem Radhalbmesser)'= 0'45) ? und einem Abstand der Motoraufhängung von der Treibachse s = 0'75 ? :
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Nach dieser Vorbereitung kann das Gleichgewicht der Zusatzkräfte am Rahmen durchgerechnet werden.
Es sei'zunächst als Beispiel 2 eine Achs-und Motoranordnung behandelt, bei welcher die Achsvorgelegemotoren wie in Fig. 1 auf die Drehgestellenden zu aufgehängt sind, bei welcher aber der Oberrahmen in Längsrichtung in zwei oder mehr Punkten auf jedes Drehgestell abgestützt ist (Fig. 2).
Am Lokoniotivrahmen wirken die Zugkraft 4Z am Zughaken nach hinten gerichtet und ihre Gegenkräfte 4. Z in den Achslagerführungen - diese als Reaktionen zu den nach hinten gerichteten Kräften Z in Fig. 4-nach vorn, sowie die Kräfte F'in den Angriffspunkten der Motoraufhängungen.
Die Kräfte Z bilden am Rahmen zusammen ein Moment :
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welches im Sinne einer Entlastung des vorderen Drehgestelles wirkt und daher ein negatives Vorzeichen erhält. Hiebei ist h der Abstandqdes Zughakens von Schienenoberkante.
Die Kräfte F', welche ebenfalls in Fig. 2 eingetragen sind, ergeben das Moment :
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Beide Momente addieren sich zu dem resultierenden Rahmenmoment :
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. Hierin ist nach Gleichung (3) und (4) : F'. s=Z. r, so dann :
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wird.
Ist in dem Beispiel h2 = 0'6 m, so gilt :
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Dieses Rahmenmoment wird durch die zusätzlichen Tragfederkräfte aufgenommen. Die Federn eines Drehgestelles dürfen bei Verwendung von gleichnamigen Ausgleichhebeln in der Mitte des Achsabstandes zu einem ideellen Stützpunkt zusammengefasst werden, wobei der Abstand des Stützpunktes
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Drehgestell ist dann aus den folgenden Gleichungen bestimmt :
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Die zusätzlichen Schienendrücke findet man schliesslich nach der folgenden Tabelle durch Addition der zusätzlichen Tragfederkräfte P und der Änderungen des unmittelbaren, nicht durch die Federn übertragenen Teiles der Achslast F, wobei diese'wegen der Motoranordnung vor bzw. hinter den angetriebenen Achsen bei der ersten und dritten Treibachse + F bei der zweiten und vierten Treibachse - F beträgt :
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<tb>
<tb> Achse <SEP> :
<SEP> 4 <SEP> 3 <SEP> 2 <SEP> J
<tb> Änderung <SEP> der <SEP> direkten <SEP> Last <SEP> ...... <SEP> F-1500 <SEP> +1500 <SEP> -1500 <SEP> + <SEP> 1500 <SEP> kg
<tb> Änderung <SEP> der <SEP> indirekten <SEP> Last..... <SEP> P <SEP> + <SEP> 900 <SEP> + <SEP> 900 <SEP> - <SEP> 900 <SEP> - <SEP> 900 <SEP> kg
<tb> Res. <SEP> Achsdruckänderung <SEP> ......... <SEP> A <SEP> - <SEP> 600 <SEP> + <SEP> 2400 <SEP> - <SEP> 2400 <SEP> + <SEP> 600 <SEP> kg
<tb>
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vom Achsdruck in Ruhe. Es ist also gegen das Beispiel 1 eine nennenswerte Verbesserung nicht eingetreten.
Nun sei als Beispiel 3 eine Anordnung durchgerechnet, bei der ebenfalls der Lokomotivrahmen in Längsrichtung m zwei oder mehr Punkten auf jedes Drehgestell abgestütz@ ist, bei welcher aber die Achsvorgelegemotoren nach der Erfindung von Lokomotivmitte aus gesehen in gleicher Richtung, 11. zw. auf Lokomotivmitte zu, angeordnet sind (Fig. 3).
Die Momente der Zusatzkräfte am Rahmen sind dann
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Die zusätzlichen Kräfte an den Tragfedern werden :
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Die Änderungen der direkten Last an der ersten und zweiten Achse sind-F und an der dritten und vierten Achse + F. Damit gilt für Beispiel 3 die Tabelle :
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<tb>
<tb> Achse <SEP> :
<SEP> 4 <SEP> 3 <SEP> 2 <SEP> 1
<tb> Änderung <SEP> der <SEP> direkten <SEP> Last <SEP> ...... <SEP> F <SEP> + <SEP> 1500 <SEP> + <SEP> 1500 <SEP> - <SEP> 1500 <SEP> - <SEP> 1500 <SEP> kg
<tb> Änderung <SEP> der <SEP> indirekten <SEP> Last..... <SEP> P-1000-1000 <SEP> + <SEP> 1000 <SEP> + <SEP> 1000 <SEP> kg
<tb> Res. <SEP> Achsdruckänderung <SEP> ......... <SEP> A <SEP> + <SEP> 500 <SEP> + <SEP> 500 <SEP> - <SEP> 500 <SEP> - <SEP> 500 <SEP> kg
<tb>
In diesem Falle sind Achse 1 und 2 gleich stark entlastet, u. zw. beträgt die Achsdruckänderung :
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Hieraus ergibt sich, dass Beispiel 3 gegen Beispiel 1 und 2, d. h. die Aufstiitzung des Oberrahmens in Längsrichtung in zwei oder mehr Punkten auf jedes Drehgestell bei gleichgerichteter Anordnung der
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Der Grund für das ungünstige Ergebnis der Rechnung im Beispiel 2 liegt eben in der verschiedenen Aufhängerichtung der Motoren, weil deswegen die Änderungen der direkten Lasten F verschiedenes
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keinen günstigen Wert der Achsenentlastung ergeben, wenn der Oberrahmen in zwei oder mehr Punkten in Längsrichtung auf jedes Drehgestell abgestützt ist.
Demgegenüber sind bei von Lokomotivmitte aus gesehen in gleicher Richtung angeordneten Motoren die Achsdruekänderungen der beiden Drehgestellachsen stets gleich. Unter dieser Bedingung
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des Kugelzapfens h1 angewendet werden, womit sich wiederum in der Rechnung die günstigen Werte der Achsentlastung von Beispiel 3 ergeben :
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Ob die Motoren dabei auf Lokomotivmitte zu oder von Lokomotivmitte ab aufgehängt sind, macht keinen Unterschied.