CH688888A5 - Abstuetzfederanordnung fuer Schienenfahrzeuge. - Google Patents

Description

  
 



  Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abstützfederanordnung für Schienenfahrzeuge, mit einer zur Aufnahme vertikaler Kräfte bestimmten Gasfeder. 



  Es ist bekannt, als vertikale Federung von Schienenfahrzeugen Gasfedern, insbesondere Luftfedern einzusetzen. Um die Querwege der Federanordnung zu erhöhen und um die Quersteifigkeit zu reduzieren, werden die Luftfedern meist in Serie mit einer Gummischichtfeder montiert. Falls eine solche Konstruktion aber bei Querneigungssystemen angewendet wird, so ist nicht zu vermeiden, dass die Luftfeder sehr stark in Querrichtung und kardanisch ausgelenkt wird. Dies führt einerseits zu einer ausserordentlich hohen Beanspruchung der Luftfeder und andererseits zu einer erhöhten Quersteifigkeit der Anordnung. 



  Falls die Verschiebungen nur über die Luftfeder übertragen werden sollten, muss die Luftfeder derart gross dimensioniert werden, dass deren Einbau im Drehgestell aus Platzgründen oft kaum mehr in Frage kommt. Dies gilt insbesondere dort, wo nicht nur eine zentrale Luftfeder, sondern mehrere solche Federanordnungen (z.B. zwei oder vier) in ein Drehgestell eingebaut werden sollen. 



  Um diesem Nachteil zu begegnen, wurden Federanordnungen vorgeschlagen, bei denen Luftfedern mit Stahlfedern statt mit  Schichtfedern kombiniert wurden, ohne jedoch die geforderten Kriterien bezüglich Beanspruchung, Quersteifigkeit und Einbauvolumen optimal zu erfüllen. 



  Aufgabe der vorliegenden Erfindung war somit die Entwicklung einer Federanordnung, welche allen Anforderungen genügt. 



  Diese Aufgabe wurde nun bei einer Federanordnung der eingangs definierten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass am oberen Ende bzw. am Kopf der Gasfeder eine Kalottenfeder, vorzugsweise in Form einer sphärischen Gummifeder vorgesehen wurde. 



  Durch diese konstruktiv einfache Kombination einer Luftfeder mit einer Kalottenfeder lassen sich beliebige kardanische Winkel erreichen, dies bei gleichbleibender horizontaler Lage der Luftfederung. Mit dieser Konstruktion wird eine niedrige Beanspruchung, eine geringe Quersteifigkeit bei wesentlich verbesserter Querwegausnutzung erreicht, dies alles bei einer vertretbaren Vergrösserung der Einbauhöhe. 



  Solche Federanordnungen lassen sich somit problemlos auch in grösserer Zahl zwischen ein Drehgestell und den Unterteil des Wagenkastens einbauen. 



  Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird unterhalb der Gasfeder zusätzlich eine Gummischichtfeder angeordnet. 



  Dank der erfindungsgemässen Konstruktion werden folgende Leistungsmerkmale erzielt:
 
 - eine hohe kardanische Beanspruchbarkeit der Federanordnung 
 - niedrigste System-Quersteifigkeit unter kardanischer Beanspruchung;
 - grosse Querwege;
 - ein optimales Einbauvolumen. 



  Neben der Anwendung, wo die Luftfeder praktisch ständig horizontal bleibt, sind Ausführungsformen möglich, bei denen die Kalottengeometrie und die Kalottensteifigkeiten so ausgelegt sind, dass die Luftfeder einen definierten, d.h. begrenzten kardanischen Winkel positiv oder negativ ausführt. Damit kann die Quersteifigkeit der Anordnung in weiten Grenzen beeinflusst werden, insbesondere hin zu niedrigen, komfortgünstigen Werten. 



  Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch etwas näher erläutert. Es zeigt: 
 
   Fig. 1 rein schematisch eine bekannte Federanordnung, bestehend aus unterer Schichtfeder und darüber angeordneter Gasfeder in Normalstellung (ausgezogen) und deformiert (gestrichelt); 
   Fig. 2 ebenfalls rein schematisch eine erfindungsgemäss aufgebaute Federanordnung mit unterer Schichtfeder, darüber angeordneter Gasfeder und an deren oberem Ende vorgesehener Kalottenfeder, in denselben Belastungszuständen wie die Federanordnung nach Fig. 1, und 
   Fig. 3a bis 3d ebenfalls rein schematisch einige Anordnungsmöglichkeiten der Federanordnung an Drehgestellen. 
 



  Die in der Zeichnung dargestellten Federanordnungen zeigen rein schematisch je einen Abstützpunkt für Schienenfahrzeuge, wobei die Federanordnung zwischen Drehgestell und Wagenkasten oder zwischen Drehgestell und einer Traverse angeordnet werden. 



  Je nach Konstruktionsprinzip können zwischen Drehgestell und Wagenkasten oder Traverse eine zentrale Federanordnung oder eine Mehrzahl Federanordnungen vorgesehen werden. Die Baugrössen sind in solchen Fällen selbstverständlich von den zu erwartenden Belastungen abhängig. Fig. 3a-d der Zeichnung zeigen einige Anordnungsmöglichkeiten der Federanordnungen in Drehgestellen. 



  Fig. 1 der Zeichnung zeigt schematisch ein konventionelles Federsystem für Schienenfahrzeuge, mit einer untenliegenden Schichtfeder 1 (Gummischichtfeder, d.h. abwechselnd übereinander angeordneten Gummi- und Metallplatten). Solche Schichtfedern sind bekannt und brauchen hier nicht näher erläutert zu werden. Direkt über der Schichtfeder 1 ist eine Gasfeder angeordnet. Auch Gasfedern sind im Fahrzeugbau allgemein bekannt und bedürfen keiner weiteren Erläuterung. 



  Derartige Federkombinationen sind z.B. bekannt aus DE-OS 2 305 878 und DE-OS 2 604 769. 



  Zur Aufnahme von rein vertikalen Kräften würde ein einziger Federtyp, z.B. eine Gasfeder ausreichen. Da bei Schienenfahrzeugen jedoch unvermeidbar Querkräfte auftreten, wurden zur Erhöhung der Querwege der Federanordnung und zur Reduktion der Quersteifigkeit, wie in den genannten Druckschriften beschrieben, die Gasfedern in Serie mit Gummischichtfedern angeordnet. Bei Querneigungssystemen wird die Luftfeder bei derartigen Konstruktionen, wie in Fig. 1 gezeigt, allerdings stark quer (Y) und kardanisch (@)  ausgelenkt. Dies führt einerseits zwangsläufig zu einer hohen Beanspruchung der Gasfeder und andererseits zu einer höheren Quersteifigkeit der Federanordnung. Um die gezeigten Verschiebungen allein über die Gasfeder zu übertragen, muss die Gasfeder so gross dimensioniert werden, dass deren Unterbringung in einem Drehgestell auf grosse Schwierigkeiten stösst. 



  Dank der erfindungsgemässen Konstruktion, wie in Fig. 2 dargestellt, können diese Nachteile bezüglich übermässiger Beanspruchung, hoher Quersteifigkeit und Einbauvolumen vermieden werden. 



   Die Federanordnung gemäss der Erfindung ist im unteren Teil im wesentlichen gleich aufgebaut wie beim Stand der Technik, d.h. es weist neben der Luftfeder 2 vorzugsweise ebenfalls eine Gummischichtfeder 1 auf. Der wesentliche Unterschied besteht nun darin, dass zusätzlich am Kopf der Gasfeder 2 eine sphärische Gummifeder 3 (Kalottenfeder) angeordnet ist. 



  Diese Anordnung kann nun durch vertikale Kräfte F allein oder durch Querneigungskräfte F min  und Momente M belastet werden und wird sich wie in der Zeichnung gezeigt, verhalten. 



   Je nach Kalottengeometrie und Kalottensteifigkeit wird das Gasfederoberteil auch im Betrieb unter kardanischer Auslenkung und Querauslenkung im wesentlichen die horizontale Lage beibehalten. Die Querauslenkung wird von der Gummischichtfeder 1 und der Gasfeder 2 aufgenommen. 



  Abhängig von der Auswahl der elastischen Eigenschaften des elastomeren Körpers 5 sowie der Kalottengeometrie, kann sich die Anordnung gegebenenfalls derart deformieren, dass im Betrieb bei beliebiger Querauslenkung das Gasfederoberteil einen  vorbestimmten Winkel zur Horizontalen einnimmt. 



  Das Wichtigste dabei ist, dass sich beliebige kardanische Winkel erreichen lassen. 



  Bei vertretbarer Vergrösserung der Einbauhöhe wird mit dieser Anordnung eine niedrigere Beanspruchung und Steifigkeit sowie eine bessere Querwegausnutzung erzielt. 

Claims (6)

1. Abstützfederanordnung für Schienenfahrzeuge, mit einer zur Aufnahme vertikaler Kräfte bestimmten Gasfeder, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Ende der Gasfeder eine Kalottenfeder vorgesehen ist.

2. Federanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unter der Gasfeder eine Schichtfeder angeordnet ist.

3. Federanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalottenfeder als sphärische Gummifeder oder schalenförmig ausgebildet ist.

4. Federanordnung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalottengeometrie und die Kalottensteifigkeit derart gewählt sind, dass der Gasfederoberteil im Betrieb bei Querauslenkung horizontal bleibt.

5.

Federanordnung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalottengeometrie und Kalottensteifigkeiten derart gewählt sind, dass der Gasfederoberteil im Betrieb, abhängig von der Querauslenkung, einen vorbestimmten Winkel zur Horizontalen bildet.

6. Schienenfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jedem Fahrwerk und dem Wagenkasten jeweils mindestens eine Abstützfederanordnung gemäss einem der Ansprüche 1-5 vorgesehen ist.