Tiefzugvorrichtung für Triebfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine Tiefzugvorrichtung für Triebfahrzeuge, wobei der Fahrzeugkasten mit dem Triebgestell über Zugstangen verbunden ist, deren Achsen die vertikale Mittelachse des Triebgestelles möglichst tief schneiden.
Es ist bekannt, die Triebdrehgestelle und den Fahrzeugkasten eines Schienenfahrzeuges für die über- tragung der Zug- und Bremskräfte über Tiefzugvor richtungen miteinander zu verbinden. Man wählt diese Art der Verbindung, um das beim Triebgestell infolge der Zugkraft auftretende Aufbäummoment und die dadurch entstehenden positiven und negativen Achs druckänderungen möglichst zu einem Minimum zu machen.
Das wesentliche Merkmal einer Tiefzugvor richtung besteht darin, dass der Angriffspunkt für die Zugkraft an dem Triebdrehgestell möglichst nahe der Schionenoberkante liegt. Dies lässt sich am ein fachsten durch in geneigter Richtung verlaufende Zug stangen erreichen, die an dem Fahrzeugkasten und an dem Drehgestell angelenkt sind. Die Neigungen der Stangen Bind dabei im allgemeinen so gewählt, dass sich die Achsen der Zugstangen in einem - unge fähr in der Mitte des Triebgestelles - etwa auf Höhe der Schlienenoberkante liegenden Punkt schneiden.
Normalerweise sind bisher die Zugstangen starr mit dem Drehgestell und dem Fahrzeugkasten ver bunden worden, wobei die Zugstangen am Fahrzeug kasten oder am Triebgestell mit Hilfe von schlitzar tigen Ösen angelenkt worden sind. Diese Ösen haben die Aufgabe, der, bei einer bestimmten Fahrtrich tung, nicht ziehenden Stange ein Nachgeben zu er möglichen, wenn sich der Abstand zwischen den bei den Fixpunkten am Drehgestell und am Fahrzeug kasten, z. B. infolge des Kastemfederspieles, verändert. Da in beiden Fahrtrichtungen gefahren werden soll, ist für jede Zugstange eine Öse vorhanden.
Auch sind Lösungen bekannt, bei welchen die Verbindung über vorgespannte Federn stattfindet, de ren Elastizität erst von einem bestimmten Wert der Stangenkraft ab zur Wirkung kommt, während die Verbindung unterhalb dieses Wertes starr wirkt.
Wie schon erwähnt, ist das Triebdrehgestell oder genauer gesagt sein gefederter Teil beim Fahren mit Zugkraft in Längsrichtung durch die Tiefzugvorrich tung mit dem Fahrzeugkasten in dem erwähnten, etwa auf Höhe der Schienenoberkante liegenden Punkt verbunden. Bei starrer Verbindung muss der gefederte Teil des Triebgestelles während der Fahrt seine Nick schwingungen relativ zum Fahrzeugkasten um d'i'esen Prunkt ausführen.
Dadurch erfährt der Schwerpunkt des Triebgestelles Längsschwingungen. Die entspre chenden Massenträgheitskräfte müssen zusätzlich von den Zugstangen aufgenommen werden und können in Längsrichtung des Fahrzeuges Werte annehmen, die an Grösse der Zugkraft gleichkommen oder ,sie sogar übersteigen können.
Wird ein solcher Wert erreicht, so kommt es dazu, dass am Ende der Öse der ziehenden Stange die von der Zugkraft hergestellte, feste Verbindung zwischen dem Fahrzeugkasten und dem Triebgestell für Augen blicke verlorengeht, was bei der anschliessenden Wie derberührung zu heftigen Schlägen führt, die sowohl d'as Material übermässig beanspruchen als auch einen erheblichen Lärm verursachen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
diese kurzzeitige Auflösung der festen Verbindung zwischen dem Fahrzeugkasten und dem Triebgestell und die dadurch hervorgerufenen Schläge zu vermeiden. Die Erfindung ist daher dadurch gekennzeichnet, dass jede Zugstange über mindestens ein elastisches Element derart verspannt ist, dass sie bei allen Betriebszustän den auf Zug beansprucht ist.
Wenn man, neben den Nickschwingungen des Drehgestellrahmens um den Angriffspunkt der Zug- kraft, den bereits beschriebenen Längenänderungen, die infolge der Kastenfederung zwischen den beiden Befestigungspunkten einer Zugstange am Fahrzeugka sten und am Triebgestell hervorgerufen werden, Rech nung trägt und erreichen will, dass die vordere, nicht ziehende Stange stets auf Zug beansprucht bleibt, ist es notwendig, bei elastischen Elementen,
die eine rein lineare Federcharakteristik ergeben, die Verspannung mindestens ,so gross wie die Zugkraft des Triebgestel les zu wählen. Da dadurch die ziehende Stange ins gesamteiner B'e'lastung von etwa der zweifachen Zug kraft gewachsen sein muss, bedeutet das eine erhebli che Vergrösserung der Dimensionierung der einzelnen Zugstange.
Diese Verstärkung der Zugstangen kann vermieden werden, wenn das elastische Elementeine nicht lineare Federcharakteristik aufweist, derart, dass es mit steigender Belastung steifer wird.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass das elastische Element aus Gummi besteht, der zunächts überwiegend auf Scherung, mit steigender Belastung jedoch zusätzlich mehr und mehr auf Druck beansprucht ist. Dadurch lässt sich als wei terer Vorteil eine metallische Trennung zwischen Fahr zeugkasten und Triebgestall erreichen.
Eine andere Möglichkeit für die Ausbildung der elastischen Elemente ist dadurch gegeben, dass das elastische Element aus einer Anzahl Teilfedern zu sammengesetzt ist, d'i'e stufenweise zur Wirkung kom men, wobei die Teilfedern aus konzentrisch um die Zugstange angeordneten Gummiringen öder aus um die Zugstange herum angeordneten Gummipuffern bestehen können,
d'i'e verschiedene Abstände von ihrer einen Auflagefläche besitzen. Weiterhin kann man vorteilhafterweise als elastisches Element eine Schrau benfeder mit verschiedenen Steigungen, eine Evolut- feder oder eine Kegelstumpffeder verwenden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann darin bestehen, dass jede Zugstange in zwei durch ein Gelenk verbundene Teile geteilt ist, die durch eine vorzugsweise im Gelenkpunkt angreifende Feder unter Zugspannung gehalten sind.
Weitere Merkmale ergeben sich aus nachstehen der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele im Zu sammenhang mit d er Zeichnung.
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform der erfindungsgemässen Ver bindungsvorrichtung zwischen Fahrzeugkasten und Triebdrehgestell.
Figur 2 stellt eine :anleiere Ausführungsform einer Tiefzugvorrichtung nach 'der Erfindung dar, während Figur 3 im vergrösserten Massgrab das in Fi gur 1 und 2 gezeigte elastische Element wiedergibt. Die Figuren 4, 5 und 6 stellen versch'ie'dene wei tere Ausführungsbeispiele für die elastische Verbin dung zwischen Triebgestell und Fahrzeugkasten dar.
In Figur 7 schliesslich sind 'in einem Diagramm die nicht linearen Federcharaktieristiken der zwei ela stischen Elemente, die auf die an einem Triebgestell angreifenden Zugstangen einwirken, sow'i'e die 'in der hinteren Zugstange wirkende Zugkraft Z gezeigt, wobei als Ordinate die an den Zugstangen wirkende Kraft S der elastischen Elemente und auf der Abszisse die zwischen Fahrzeugkasten und Triebgestell auftretende Relativverschiebung 0 x aus der Ruhelage beim An greifen einer Zugkraft aufgetragen ist.
Gleiche T'eil'e sind in allen Figuren mit gleichen Bezugsziffern versehen.
Der Fahrzeugkasten 1 ('Figur 1) 'ist, wie durch d'i'e Feder 2 angedeutet, federnd auf dem Rahmen 3 des Triebdrehgestelles abgestützt. Dieses besitzt zwei Ach sen 4 unkt 5, die über die Federn 6 bzw. 7 den Rahmen 3 tragen. Für die Übertragung der Zug- und Brems kräfte ist der Fahrzeugkasten 1 über eine Tiefzug- vorfchtung mit Odem Drehgestellrahmen 3 verbunden. Die Tiefzugvorrichtung besteht im wesentlichen aus einer, gegen die Horizontale geneigten, hinteren Zug stange 8,, für die Vorwärtsfahrt und einer gleicharti gen vorderen Zugstange 8" für die Rückwärtsfahrt.
Die beiden Zugstangen 8 bilden dabei mit der Horizon talen einen solchen Winkel, dass sich die Richtungen ihrer Achsen etwa in der Mitte des Triebgestelles in der Höhe der Schienenoberkante in dem Punkt P schneiden. Dieser Schnittpunkt ist der bereits mehr fach erwähnte Angriffspunkt der Zugkraft am Dreh gestell. Die Fahrrichtung des Fahrzeuges ist in Fi gur 1 und 2 nach rechts angenommen und durch einen Pfeil angedeutet.
Erfindungsgemäss sind die Zugstangen 8 mit dem Fahrzeugkasten 1 durch je ein elastisches Element 10" und 10,, verbunden. Selbstverständlich kann das elastische Element 10 ,auch jeweils zwischen der Zug stange 8 und dem Triebdrehgestellrahmen 3 ange bracht sein.
Eine derartige Anordnung ist in Figur 2 gezeigt. Weiterhin verlaufen, im Gegensatz zu Figur 1, die Zugstangen 8 bei 'der Ausführung nach Figur 2 nicht geneigt, sondern hor'i'zontal. Die Zugstangen 8, und<B>81,</B> sind dabei an den Fahrzeugkasten 1 über je ein Ge stänge 9,. und 9n angelenkt, das im Punkt D eine Drehbewegung zwischen Odem Kasten 1 'und der jewei ligen Zugstange B zulässt. Die elastischen Elemente 10" und 10,, sind in je einer trägerartigen Verlängerung 3a ,der Triebgestellrahmens 3 untergebracht.
Der An griffspunkt P der Zugkraft liegt bei d'i'eser Ausfüh rungsform zwar etwas oberhalb der Schieneno'berkan- te. Dies kann jddoch in Kauf genommen werden, da auf diese Weise für die Unterbringung der n'ich't dargestellten Antriebsmotoren unter Umstän'd'en gün stigere Platzverhältnisse geschaffen werden können.
In jedem Ausführunggbeispi'el ist das elastische Element 10 derart @ausgdbiklet, dass es eine nicht lineare Federcharakteristik besitzt, so dass bei fort schreitender Relativverschiebung 0 x des Triebgestel les gegenüber dem Fahrzeugkasten in Fahrtrichtung die Kraft Sn (Figur 7) der hinteren Stange pro Längeneinheit der Verschiebung steiler zunimmt und diejenige S,, der voz'd:eren 'Stange pro Längeneinheit der Verschiebung flacher -abnimmt.
Dadurch wind er reicht,dass die Verspannung des el'asti'schen Elementes nicht, wie schon beschrieben, etwa die gleiche Grösse wie die Zugkraft haben muss, sondern wesentlich klei- ner gehalten werden kann, und dass trotzdem die Stan gen stets unter Zug stehen.
Die Wirkung der nicht linearen Federcharakteri- stiken sei nun anhand des Diagrammes der Figur 7 näher erläutert. Die Fahrtrichtung sei, wie schon er wähnt, nach rechts in Richtung der Pfeile in Figur 1 und 2,angenommen. Dadurch wird die hintere Stange 8h (Figur 1) zur ziehenden 'Stange;
'ihrem elastischen Element 10h ist in Figur 7 die von links nach rechts ansteigende Charakteristik Sh zugeordnet, während die Charakteristik des Elementes 10v durch die von 'links nach rechts fallende Kurve S" dargestellt ist. Beide Kurven Sy und Sh schneiden die Ordinatenachse, für die die Relativverschiebung A x = 0 ist, im Punkt A. Da der dazugehörige Abszissenwert 0 die gegensei tige Stellung des Kastens 1 und des Drehgestellrah mens 3 bei ruhender Maschine wiedergibt, stellt dieser Ordinatenwert im Punkt A also die den Zugstangen gemäss der Erfindung gegebene Verspannung dar.
Durch die zwischen dem Drehgestellrahmen 3, in dem im allgemeinen die Antriebsmotoren gelagert sind, und 'dem Fahrzeugkasten 1 übertragenen Zug kräfte entsteht eine Relativverschiebung A x des Trieb gestelles gegenüber dem Fahrzeugkasten 1 nach vorn, also nach rechts. Diese Auslenkung A x bewirkt, wie das Diagramm zeigt, dass für den Weg A x = eine willkürliche Einheit die Federspannung Sh in dem ela stischen Element 10h von dem Wert A auf den Wert Bh steigt und diejenige Sy in dem Element 10, von dem Wert A auf den Wert B" sinkt.
Für A x = 2 wird die Federspannung im elastischen Element 10h bis zum Wert Ch steigen und diejenige im elastischen Element<B>10,</B> zu dem Wert C,, sinken. Die aus beiden Stangenkräften S,, und S,, resultierende und vom Trieb gestell 3 auf den Kasten 1 übertragene Zugkraft Z ergibt sich annähernd aus der Differenz (Sh - Sy). Ihr entspricht die Kurve Z der Figur 7.
Wie man sofort aus dem Diagramm sieht, kann, dank der nicht linearen Charakteristik der vorgeschla genen Anordnung, die gewählte Vorspannung A er heblich kleiner als die Zugkraft Z gehalten werden, ohne dass die Stangenkraft Sy in der reicht ziehenden Stange 8,. negativ wird, d. h. ihre Zugbeanspruchung verlorengeht.
Die infolge der Kastenfederung entstehenden Aus schläge zwischen dem Kasten 1 und dem Triebgestell 3 halben eine entsprechende gegenseitige Verschiebung 'der beiden Charakteristiken Sy und Sh in Figur 7 zur Folge. Daher muss der Wert der Vorspannung A so gewählt werden, dass auch bei gegeneinander ver schobenen Charakteristiken Sv uni Sh eine ausreichen de Restspannung gewährleistet ist.
Die Nickbewegun gen des Triebgestelles 3 rufen bei der erfindungsge- mässen Ausbildung seiner Verbindung mit dem Fahr zeugkasten 1 kleinere Verschiebungen A x des Trieb gestelles 3 als bei bisherigen Zugvorrichtungen hervor, wobei sich die Nickbewegungen als kleine Schwankun gen der Zugkraft Z auswirken. Nun seien einige Ausführungsformen für das ela stische Element 10 beschrieben. Bei dem ersten Aus führungsbeispiel, das in der Figur 3 gezeigt 'ist, be steht das an sich bekannte elastische Element 10 aus einem kegelig geformten Gummiring 11, der zwischen die kegeligen Flächen 12 und 13 zweier Metallringe 14 und 15 eingebettet, z. B. einvulkanisiert, ist.
Das dadurch entstandene, ohne Belastung etwa hohlkegelförmige, elastische Element 10 ist in eine flache Schale 16 eingebettet, die im Zentrum eine Bohrung 17 für den Durchtritt der Zugstange 8 be sitzt. Die Schale 16 ist mit Tragelementen 18 ver- schweisst, die ihrerseits mit einer Grundplatte 19 ver bunden sind. Die Grundplatte 19 ist an dem Fahr zeugkasten 1 angeschweisst.
Als zweite Auflage für das elastische Element 10 dient eine Hülse 20, die von der Zugstange 8 getra gen wird und auf einer 'Seite eine plattenartige Erwei terung 21 besitzt. Weiterhin weist die Hülse 20 an ihrem der Schale 16 zugewandten Ende eine Kugel fläche 22 auf, die sich auf einer entsprechenden Ge genfläche 23 der Schale<B>16</B> abstützt, sobald die an der Zugstange 8 angreifende Kraft den zulässigen Wert übersteigt. Durch die mit einem Splint 24 gesicherte Schraubenmutter 25, die in ein entsprechendes Gewin de an der Zugstange 8 eingeschraubt ist, :ist die Hülse 20 von der Zugstange 8 gehalten.
Die nicht lineare Federcharakteristik des ela stischen Elementes 10, die in Figur 7 dargestellt ist, wird auf folgende Weise erreicht. Das ohne Vorspan- nung etwa hohlkegelstumpfförmige Element 10 wird bei einer Zugbelastung in Richtung der Zugstange 8 nach links zwischen die Platte 21 und die Schale 16 gepresst, wobei sich die beiden Metallringe 14 und 15 parallel aufeinander zu bewegen.
Dadurch wird der dazwischenliegende Gummiring 11 zunächst nur auf Scherung beansprucht, bis seine freien Ränder 27, 28 beginnen, sich auf der Platte 21 und im Innern der Schale 16 abzustützen. Von diesem Augenblick an tritt in dem Gummi zusätzlich <I>eine</I> Druckbelastung auf.
Mit steigender Belastung vergrössert sich diese Druckbelastung immer mehr, da ein immer grösserer Anteil der freien Randflächen 27, 28 des Gummirin ges 11 auf der Platte 21 und der Schale 16 aufliegen und so immer grössere Bereiche des Ringes 11 auf Druck beansprucht werden. Da der Gummi bei der Druckbelastung einer Längenänderung einen grös- seren Widerstand entgegensetzt als bei der Scherbe lastung, wird auf diese Weise ein nicht linearer Ver lauf der Federkenntinie erreicht.
In Figur 3 ist das elastische Element 10 in einer Lage gezeigt, in der ein Teil seiner Randflächen 27, 28 bereits auf den Widerlagern 16, 21 aufliegt. Mit weiter steigender Zugkraft an der Stange 8 berühren schliesslich die freien Randflächen 27, 28 des Gummi ringes 11 die entsprechenden Gegenflächen der Bau teile 16 und 21 vollständig. Wird diese elastische Höchstbelastung erreicht, so liegen die beiden Flächen 22 und 23 der Schale 16 und der Hülse 20 aufein- arider auf und verhindern @, ein "weiteres Zusammen drücken des Elementes 10.
Das in Figur 4 gezeigte Ausführungsbeispiel der elastischen Verbindung zwischen dem Fahrzeugkasten 1 und dem Triebgestell 3 ist demjenigen nach Figur 2 sehr ähnlich. Das 'in dem Beispiel nach Figur 3 aus den Ringen 11, 14, 15 bestehende Element 10 ist ersetzt durch drei Gummiringe 30, die verschiedene Durchmesser und verschiedene Abstände von ihrer einen Auflagefläche 31 an der Platte 32 besitzen.
Die Ringe 30 sind auf der Oberfläche 33 des Metallringes 34 befestigt, der die Hülse 20 des vorherigen Ausfüh rungsbeispieles ersetzt und auf der Zugstange 8 wieder um durch eine Schraubenmutter 25 gehalten ist.
Die Platte 32 ist, ähnlich wie im ersten Beispiel die Schale 16, mit dem Fahrzeugkasten 1 verschweisst. Die Rückseite des Ringes 34 ist kegelstumpfartig ver längert. Diese Verlängerung besitzt eine halbkugel förmige Ausnehmung 35, die in eine Bohrung 36 im Zentrum des Ringes 34 -übergeht. In die Ausneh- mung 35 greift ein, aus Metall oder aus Kunststoff hergestelltes, der Ausnehmung 35 angepasstes Gegen stück 39 ein, das von einer mit einem seitlichen Rand 37 versehenen Platte 38 gehalten wird.
Die halbku gelförmige Ausnehmung 35 des Ringes 34 und das entsprechende Gegenstück 39 dienen dazu, eine ge lenkige Verbindung zwischen dem Fahrzeugkasten 1 und der Zugstange 8 zu ermöglichen, damit die beim Federn des Fahrzeugkastens auftretenden Dreh - Kräfte bei maximaler Zugspannung nicht von dem elastischen Element 10 aufgenommen werden müssen.
Die Ringe 30 sind konzentrisch mit und um die Zugstange 8 herum angeordnet und werden beim An legen einer Zugkraft zwischen den Flächen 31 und 33 zusammengepresst. Zunächst steht dabei nur der in- nerste Gummiring 30, der den kürzesten Abstand zur Fläche 31 besitzt, unter Druck.
Mit steigender Bela stung werden dann zunächst zusätzlich der zweite und schliesslich alle drei Ringe zusammengepresst. In einem Diagramm, ähnlich demjenigen der Figur 7, ergibt sich dabei eine unstetige, aus drei Geraden stücken verschiedener Steigung, zusammengesetzte Kennlinie, wobei die Unstetigkeitsstellen bei den Wer ten von A x auftreten, bei denen der zweite und schliesslich der dritte Ring 30 zusätzlich zur Wirkung kommen.
Die scharfen Übergänge bei den Neigungswechseln der Federcharakteristik können abgeschwächt und so mit ein gleichmässigerer Verlauf der Charakteristik erreicht werden, wenn man -die Endflächen 30a der Ringe 30 gewölbt ausführt, was 'in Figur 4 bei einem Ring gestrichelt dargestellt ist.
Die Ringe 30 dieses Ausführungsbeispieles können auch durch Schraubenfedern unterschiedlicher Länge ersetzt sein. Weiterhin ist es möglich, die Ringe 30 oder die Schraubenfedern gleich lang zu machen und dafür den Ring 34 stufenförmig auszubilden. Schliess- lich können die Ringe 30 auch durch um die Zug stange 8 herum verteilte, einzelne, stabförmige Gum- mipuffer oder einzelne Schraubenfedern verschiedener Länge ersetzt sein.
In dem Beispiel nach Figur 5 besteht die elastische Verbindung 10 aus einer einfachen Schraubenfeder 41, ,die zwischen zwei Flächen 31 und 33 zweier ringför miger Platten 32 und 34 eingespannt ist, wobei die Platte 32 wiederum über Tragelemente 18, 19 mit dem Fahrzeugkasten 1 verschweisst ist.
Die Feder 41 besitzt in ihren einzelnen Windungen verschiedene Steigungen. Dadurch wird wiederum eine nicht lineare Federcha rakteristik, ähnlich derjenigen von Figur 7, erreicht.
Die Halterung des Ringes 34 an der Zugstange 8 ist in den beiden vorstehenden Beispielen gleichartig derjenigen der Hülse 20 in Figur 3 aufgebaut.
Die Schraubenfeder des Ausführungsbeispieles nach Figur 5 kann auch durch eine Evolutfeder oder eine Kegelstumpffeder ersetzt sein.
Bei dem Beispiel nach Figur 6 sind die Zugstangen 8,, und 8h je in zwei Teile 8a und 8b unterteilt, die durch je einen Bolzen 50 gelenkig miteinander ver bunden :sind. In dem Gelenkpunkt greift als elastisches Element 10 eine auf Druck vorgespannte Feder 51 an.
Diese Feder 51 hat die Aufgabe, Teile 8'a und 8'b dauernd unter einer Zugspannung zu halten. Weiter hin verhindert sie ein ruckartiges Strecken der beiden Teile 8'a und 8'b, wenn sich der Abstand der Fixpunkte am Fahrzeugkasten 1 und @am Triebgestell 3 plötzl'i'ch vergrössert. Sie bewirkt also, dass die Streckbewegung gedämpft erfolgt.
Als Widerlager für die Feder 51 dient eine mit der Grundplatte 19 verbundene, gewinkelte Abstüt zung 52. Die Zugstangen 8,, und 8h sind über das mit einer Bohrung versehene Tragelement 18 am Fahr zeugkasten mittels eines Bolzens 53 ange'lenkt.
Die nicht lineare Kennlinie des elastischen Ele mentes 10 wird hier durch die gegenseitige geometri sche Anordnung - d. h. durch den Winkel, den. die sich im Gelenkpunkt 50 schneidenden Achsen der Zugstangenteile 8a und 8b untereinander und mit der Mittelachse der Feder bilden - erreicht. Die Nicht hnearität kann verstärkt werden, wenn man die Fe der 51 selbst mit einer nicht linearen Charakteristik ausbildet.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, eine der beiden erwähnten Gummikonstruktionen statt der Feder 51 in diesem Ausführungsbeispiel als elastisches Element 10 zu verwenden. Schliesslich sei noch erwähnt, dass alle der hier gezeigten elastischen Elemente 10 unter Umständen geringfügig verändert - in der Kon struktion nach Figur 2 verwendet werden können, bei der die elastischen Elemente 10 zwischen dem Trieb gestell 3 und der Zugstange 8 angeordnet sind.