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Die Erfindung betrifft eine Sekundärfeder zur Abfederung eines Wagenkastens eines Schienenfahrzeugs auf einem Fahrwerk des Schienenfahrzeugs und ein Schienenfahrzeug.
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Sekundärfedern, beispielsweise ausgebildet als Uhrglasfedern, sind zwischen einem Fahrwerk und einem Wagenkastens eines Schienenfahrzeugs angeordnet, um den Wagenkasten auf dem Fahrwerk abzufedern. Sie dienen der Übertragung von Traktions-, Vertikal- und Seitenkräften zwischen Fahrwerk und Wagenkasten. Dazu sind sie üblicherweise mit dem Wagenkasten und mit dem Fahrwerk verschraubt. Um die Bewegungen zwischen dem Wagenkasten und dem Fahrwerk zu begrenzen, sind zusätzlich zueinander komplementäre, mechanische Endanschläge in Form von Vertikal- und Horizontalanschlägen am Wagenkasten und am Fahrwerk vorgesehen. Diese werden auch als Quer- und Hochanschläge bezeichnet. Somit werden Kollisionen und damit Beschädigungen von Fahrwerkskomponenten oder von Komponenten des Wagenkastens vermieden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Beschädigungen von Fahrwerkskomponenten oder von Komponenten des Wagenkastens auf einfache und kostengünstige Art und Weise zu vermeiden.
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Gelöst wird die Aufgabe durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche wieder.
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Eine erfindungsgemäße Sekundärfeder zur Abfederung eines Wagenkastens eines Schienenfahrzeugs auf einem Fahrwerk des Schienenfahrzeugs, insbesondere auf einem Drehgestell des Schienenfahrzeugs, umfasst einen ersten und zumindest einen weiteren, zweiten Abschnitt, welcher erste Abschnitt entlang einer vorgegebenen Achse steif und orthogonal zur vorgegebenen Achse federnd ausgebildet ist und welcher zweite Abschnitt orthogonal zur vorgegebenen Achse steif und entlang der vorgegebenen Achse federnd ausgebildet ist. Darüber hinaus umfasst die Sekundärfeder zumindest einen Horizontalanschlag, welcher so an der Sekundärfeder angeordnet ist, dass eine Kraft, welche orthogonal zur vorgegebenen Achse auf den Horizontalanschlag einwirkt, zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt in die Sekundärfeder eingeleitet wird.
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Der erste Abschnitt ist entlang der vorgegebenen Achse als steif oder hart zu bezeichnen. Orthogonal zur vorgegebenen Achse ist er federnd oder nachgiebig ausgebildet. Analog ist der zweite Abschnitt orthogonal zur vorgegebenen Achse steif oder hart und entlang der vorgegebenen Achse federnd oder nachgiebig ausgebildet. Steif oder hart bedeutet in diesem Zusammenhang nicht, dass der betreffende Abschnitt der Sekundärfeder zwingend frei von einer Auslenkung in der entsprechenden Richtung ist. Auch in diese Richtung kann der Abschnitt der Sekundärfeder eine gewisse Elastizität aufweisen. Ist ein Abschnitt der Sekundärfeder in einer Richtung jedoch als steif oder hart zu bezeichnen, ist die Federkonstante in dieser Richtung deutlich größer als in einer Richtung, in welcher der Abschnitt der Sekundärfeder federnd oder nachgiebig ausgebildet ist.
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Die vorgegebene Achse verläuft beispielsweise parallel zu einer Längsachse der Sekundärfeder. Insbesondere fällt sie mit der Längsachse der Sekundärfeder zusammen. Die Hauptfederrichtung der Sekundärfeder, also in vorgesehener Betriebslage der Sekundärfeder die Richtung senkrecht zur Erdoberfläche, verläuft weitergebildet ebenfalls parallel zur oder entlang der vorgegebenen Achse. Der Wagenkasten des Schienenfahrzeugs ist dann auf einem Fahrwerk des Schienenfahrzeugs in der Hauptfederrichtung der Sekundärfeder abgefedert, was insbesondere durch den zweiten Abschnitt der Sekundärfeder geleistet wird. Er ist zumindest durch den orthogonal zur Hauptfederrichtung federnden ersten Abschnitt der Sekundärfeder aber auch radial zur Hauptfederrichtung relativ zum Fahrwerk gefedert.
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In vorgesehener Betriebslage ist die Sekundärfeder derart zwischen Fahrwerk und Wagenkasten des Schienenfahrzeugs angeordnet, dass die vorgegebene Achse der Sekundärfeder in vertikale Richtung weist und damit parallel zu einer Hochachse des Wagenkastens verläuft und somit der erste Abschnitt der Sekundärfeder vertikal steif und horizontal federnd ausgebildet ist und der zweite Abschnitt horizontal steif und vertikal federnd ausgebildet ist. Eine in horizontaler Richtung auf den Horizontalanschlag einwirkende Kraft, wird zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt in die Sekundärfeder eingeleitet.
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Die Sekundärfeder ist insbesondere entlang der vorgegebenen Achse in einen ersten und zumindest einen weiteren, zweiten Abschnitt geteilt. Gemäß einer Weiterbildung sind der erste und der zweite Abschnitt durch eine Trennplatte voneinander getrennt. Die Trennplatte ist also zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt der Sekundärfeder angeordnet.
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Die Trennplatte ist sowohl axial als auch radial zur vorgegebenen Achse steif ausgebildet. Beispielsweise besteht sie aus einem Metall oder einer Metalllegierung. Insbesondere ist sie aus Stahl hergestellt.
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Die Trennplatte kann auch geeignet ausgebildet sein, Kräfte in Richtung der vorgegebenen Achse der Sekundärfeder auf die Sekundärfeder zu übertragen. So ist es möglich, den zweiten Abschnitt der Sekundärfeder gegen den Wagenkasten des Schienenfahrzeugs mittels eines vorgegebenen Spannwerkzeugs vorzuspannen, mittels welchem eine Kraft aufbringbar ist, welche an der Trennplatte angreift, und welche in einer Richtung zum Wagenkasten hin und damit entgegen der Federkraft des zweiten Abschnitts der Sekundärfeder wirkt.
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Eine Kraft, welche orthogonal zur vorgegebenen Achse auf die Trennplatte einwirkt, wird über die Trennplatte zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt der Sekundärfeder in die Sekundärfeder eingeleitet. Die Trennplatte ist somit zumindest als Teil des Horizontalanschlags ausgestaltet. Gemäß einer Ausführungsform bildet sie den Horizontalanschlag. Dann kann sie zumindest den ersten Abschnitt in zumindest einer Richtung orthogonal zur vorgegebenen Achse überragen, um in Anschlag an einen komplementär ausgebildeten Horizontalanschlag des Fahrwerks zu kommen.
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Um die horizontalen Bewegungen des Wagenkastens des Schienenfahrzeugs zum Fahrwerk zu begrenzen, ist fahrwerkseitig ein komplementär zum Horizontalanschlag der Sekundärfeder ausgebildeter, fester Horizontalanschlag angeordnet. Dieser umfasst beispielsweise eine feste Anschlagplatte. Diese kann analog zur Trennplatte der Sekundärfeder ähnliche Werkstoffe umfassen, wie auch aus Stahl gefertigt sein. Der Horizontalanschlag des Fahrwerks ist zum Horizontalanschlag der Sekundärfeder ausgerichtet und liegt als Anschlagplatte insbesondere in einer vertikalen Ebene parallel zu einer Längsrichtung des Fahrwerks. Umgangssprachlich bilden zwei komplementär zueinander ausgebildet und ausgerichtete Anschläge einen beidseitigen Anschlag.
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Ein Vorteil einer erfindungsgemäßen Sekundärfeder ist darin begründet, dass der Horizontalanschlag in die Sekundärfeder integriert ist, wodurch keine weiteren Horizontalanschläge am Wagenkasten des Schienenfahrzeugs nötig sind.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung sind der erste und der zweite Abschnitt koaxial zueinander ausgebildet. Beispielsweise sind der erste und der zweite Abschnitt jeweils rotationssymmetrisch ausgebildet und so zueinander angeordnet, dass sie eine gemeinsame Rotationsachse aufweisen.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der erste Abschnitt eine entlang der vorgegebenen Achse steife und orthogonal zur vorgegebenen Achse federnde Schichtfeder umfasst und/oder dass der zweite Abschnitt eine orthogonal zur vorgegebenen Achse steife und entlang der vorgegebenen Achse federnde Konusfeder, insbesondere eine Gummi-Metall-Feder, umfasst.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sekundärfeder ist der erste Abschnitt vorgesehen und geeignet zur Auflagerung auf dem Fahrwerk. Er ist dann entsprechend ausgebildet, insbesondere ist er komplementär zu Mitteln zur Auflagerung der Sekundärfeder auf dem Fahrwerk ausgeformt, um in Auflage auf dem Fahrwerk des Schienenfahrzeugs zu kommen. Analog ist der zweite Abschnitt der Sekundärfeder vorgesehen und entsprechend geeignet ausgebildet zur Auflagerung des Wagenkastens.
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Zur Übertragung von Kräften in horizontaler Richtung umfasst das Fahrwerk oder der erste Abschnitt der Sekundärfeder zumindest einen Zapfen. Der jeweils andere Teil umfasst dann eine Vorrichtung zur Aufnahme des Zapfens. Der Zapfen ist insbesondere zentral im ersten Abschnitt der Sekundärfeder angeordnet und steht stirnseitig über den ersten Abschnitt der Sekundärfeder über. Gemäß einem Ausgestaltungsbeispiel verläuft der Zapfen zentral in einer rotationssymmetrischen Schichtfeder. Der Zapfen kann dabei Teil der Sekundärfeder sein oder er ist Teil des Fahrwerks.
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Auch der zweite Abschnitt der Sekundärfeder kann zur Übertragung von Kräften in horizontaler Richtung vom Wagenkasten oder auf den Wagenkasten des Schienenfahrzeugs entsprechende Mittel umfassen. Beispielsweise ist er konusförmig als Kegelstumpf ausgebildet, wobei der Wagenkasten dann eine topfförmige Einstülpung zur Aufnahme zumindest eines stirnseitigen Teils des zweiten Abschnitts der Sekundärfeder umfasst. Weitergebildet sind der Wagenkasten und die Sekundärfeder formschlüssig miteinander verbunden, welche formschlüssige Verbindung zumindest parallel zu einer Hochachse des Wagenkastens zum Wagenkasten hin und senkrecht zur Hochachse des Wagenkastens wirkt.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrwerk, insbesondere ein Drehgestell, umfasst zumindest einen zum Horizontalanschlag der Sekundärfeder komplementär ausgebildeten und angeordneten Horizontalanschlag, insbesondere in Form einer Anschlagplatte. Darüber hinaus kann es geeignete Mittel zur Auflagerung zumindest einer erfindungsgemäßen Sekundärfeder auf dem Fahrwerk und Mittel zur Aufnahme von Kräften in horizontaler Richtung aufweisen. Das Fahrwerk ist nach Verwendung als Drehgestell ausgebildet.
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Bei dem Schienenfahrzeug handelt es sich insbesondere um ein Niederflurfahrzeug. Es kann mehrere Wagenkästen und mehrere Fahrwerke, beispielsweise Drehgestelle, umfassen. Natürlich sind dann auch mehrere Sekundärfedern zum Abfedern der Wagenkästen auf den Fahrwerken vorgesehen. In einer Weiterbildung ist ein Wagenkasten des Schienenfahrzeugs auf genau einem Fahrwerk abgefedert. Zur Abfederung eines Wagenkastens auf einem Fahrwerk können mehrere Sekundärfedern vorgesehen sein, beispielsweise genau zwei. Ein Fahrwerk kann einen, insbesondere jedoch genau zwei längsliegende Fahrmotoren umfassen.
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In einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Fahrwerk zwei parallel zu einer Längsachse des Fahrwerks angeordnete Fahrmotoren umfasst, wobei zwei Sekundärfedern zur Abfederung des Wagenkastens auf dem Fahrwerk vorgesehen sind, welche zwischen den Fahrmotoren, insbesondere auf einer Linie senkrecht zu einer Längsachse des Fahrwerks, angeordnet sind. Die Verbindungsstellen der Sekundärfedern mit dem Fahrwerk liegen dann auf einer Linie. Weitergebildet teilt diese Line das Fahrwerk in einen vorderen und einen hinteren Teil, welche im Wesentlichen gleich groß sind – sie liegt in einer Quermittenebene.
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Eine weitere Weiterbildung sieht vor, dass das Fahrwerk zumindest einen parallel zur Längsachse des Fahrwerks angeordneten Fahrmotor umfasst, an welchem der zumindest eine komplementär zum Horizontalanschlag der Sekundärfeder ausgebildete Horizontalanschlag angeordnet ist. Der Horizontalanschlag kann dabei unmittelbar am Fahrmotor angeordnet sein; er ist insbesondere integraler Bestandteil des Fahrmotors. In einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel umfasst das Fahrwerk, welches insbesondere als Drehgestell ausgebildet ist, zumindest zwei parallel zur Längsachse des Fahrwerks angeordnete Fahrmotoren, zwischen welchen Fahrmotoren zumindest zwei Sekundärfedern so angeordnet sind, insbesondere auf einer Linie senkrecht zur Längsachse des Fahrwerks, dass jede Sekundärfeder benachbart zu jeweils einem Fahrmotor ist, wobei jeder Fahrmotor jeweils zumindest einen zu einem Horizontalanschlag der benachbarten Sekundärfeder komplementär ausgebildeten Horizontalanschlag aufweist. Aber auch Lauffahrwerke können Horizontalanschläge umfassen, welche beispielsweise über Konsolen an den Lauffahrwerken befestigt sind.
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Ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug umfasst zumindest einen Wagenkasten, mindestens eine erfindungsgemäße Sekundärfeder und wenigstens ein erfindungsgemäßes Fahrwerk, insbesondere ein Drehgestell.
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Der Wagenkasten umfasst geeignete Mittel, um in Auflagerung auf der zumindest einen erfindungsgemäßen Sekundärfeder zu kommen. Des Weiteren kann auch er Mittel zur Aufnahme von Kräften in horizontaler Richtung aufweisen.
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Kräfte in horizontaler Richtung können auch als Querkräfte bezeichnet werden, wodurch ein Horizontalanschlag auch Queranschlag genannt werden kann.
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Die Sekundärfeder ist gemäß einer Ausführungsform so zwischen dem Fahrwerk und dem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs angeordnet, dass die vorgegebene Achse der Sekundärfeder im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist. Die Hauptfederrichtung entspricht somit der vertikalen Richtung und verläuft insbesondere parallel zur Längsachse der Sekundärfeder oder fällt mit dieser zusammen. Der erste Abschnitt der Sekundärfeder ist dann vertikal steif und horizontal federnd ausgebildet und der zweite Abschnitt der Sekundärfeder ist somit horizontal steif und vertikal federnd ausgebildet.
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Weiterbildungsgemäß ist der erste Abschnitt der Sekundärfeder auf dem Fahrwerk aufgelagert und der Wagenkasten des Schienenfahrzeugs ist auf dem zweiten Abschnitt der Sekundärfeder aufgelagert. Der erste Abschnitt befindet sich somit unterhalb des zweiten Abschnitts.
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Weitergebildet sind insbesondere zwei Sekundärfedern zur Abfederung des Wagenkastens des Schienenfahrzeugs auf dem Fahrwerk zwischen dem Wagenkasten und dem Fahrwerk angeordnet.
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Die Sekundärfedern, insbesondere ihre Horizontalanschläge, sind so zu den Horizontalanschlägen des Fahrwerks angeordnet, dass diese zumindest paarweise aufeinander einwirken können, um horizontale Bewegungen des Wagenkastens zum Fahrwerk zu begrenzen.
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Horizontale Bewegungen des Fahrwerks relativ zum Wagenkasten und umgekehrt werden mittels der Horizontalanschlagspaarungen von Sekundärfeder und Fahrwerk begrenzt. Um vertikale Bewegungen zu begrenzen können das Fahrwerk und der Wagenkasten jeweils zumindest einen komplementär zueinander ausgebildeten und ausgerichteten Vertikalanschlag aufweisen. Vertikalanschläge können auch Hochanschläge genannt werden.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist der zumindest eine Wagenkasten des Schienenfahrzeugs frei von Horizontalanschlägen zum Anschlag an komplementären Horizontalanschlägen des Fahrwerks. Es sind somit keine direkten Horizontalanschläge zwischen dem Wagenkasten und dem Fahrwerk vorgesehen.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Sie wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert, in denen jeweils ein Ausgestaltungsbeispiel dargestellt ist. Gleiche Elemente in den Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt perspektivisch ein Drehgestell des Stands der Technik,
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Sekundärfeder auf einem Drehgestell im Teilschnitt.
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In 1 ist ein Drehgestell des Stands der Technik teilweise perspektivisch dargestellt. Auf einer Traverse 6 über einem längsseits angeordneten Fahrmotor 5 sind zwei baugleiche Sekundärfedern 1 zum Abfedern eines nicht veranschaulichten Wagenkastens auf dem Drehgestell angebracht. Insgesamt sind vier Sekundärfedern zwischen dem Drehgestell und dem Wagenkasten angeordnet, wovon nur die Sekundärfedern auf einer Seite des Drehgestells skizziert sind. Sie sind als Uhrglasfedern ausgebildet. Im Längsschnitt weisen sie die Form einer Sanduhr auf, mit einem sich gegenüber zwei sich gegenüberliegenden Stirnseiten verjüngenden Teil. In der Mitte jeder Sekundärfeder 1 ist eine Trennplatte 3 angeordnet.
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Um Bewegungen des Drehgestells relativ zum Wagenkasten zu begrenzen, weist das Drehgestell sowie der Wagenkasten mehrere Horizontal- und Vertikalanschläge auf. Hier sind jeweils ein Horizontalanschlag 2 und ein Vertikalanschlag 4 des Drehgestells abgebildet. Jeweils ein Horizontalanschlag des Drehgestells und ein komplementär dazu ausgebildeter und angeordneter Horizontalanschlag des Wagenkastens kommen bei einer durch sie begrenzten Relativbewegung des Drehgestells zum Wagenkasten zur Anlage aneinander. Gleiches gilt für die Vertikalanschläge.
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2 zeigt nun eine erfindungsgemäße Sekundärfeder 1 in montiertem Zustand auf einem Drehgestell 13 im Teilschnitt.
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Die Sekundärfeder 1 weist hier einen ersten Abschnitt 8 auf, welcher eine vertikal steife und horizontal federnde Schichtfeder umfasst, und sie weist einen weiteren, zweiten Abschnitt 7 auf, welcher eine horizontal steife und vertikal federnde Konusfeder, hier eine Gummi-Metall-Feder, umfasst.
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Die Sekundärfeder 1 ist hier in einen unteren und oberen Abschnitt geteilt, wobei sie in ihrer vorgesehenen Betriebslage so zwischen dem Drehgestell 13 und dem Wagenkasten 12 des Schienenfahrzeugs angeordnet, dass der erste Abschnitt 8 auf dem Drehgestell 13 montiert ist, wobei der zweite Abschnitt 7 mit dem Wagenkasten 12 des Schienenfahrzeugs verbunden ist. Der erste Abschnitt 8 bildet somit den unteren Abschnitt der Sekundärfeder 1. Der zweite Abschnitt 7 verkörpert den oberen Abschnitt.
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Die Abschnitte 7, 8 weisen eine gemeinsame Rotationsachse auf. Diese ist gleichzeitig Längsachse der Sekundärfeder 1. In ihrer Betriebsstellung zeigt diese Achse in vertikale Richtung. Hier verläuft diese Achse entlang eines zentral im ersten Abschnitt 8 der Sekundärfeder 1 angeordneten Zapfens 9.
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Um horizontale Bewegungen zwischen dem Drehgestell 13 und dem Wagenkasten 12 zu begrenzen, weisen sowohl das Drehgestell 13 als auch die Sekundärfeder 1 zueinander komplementär ausgebildete und ausgerichtete Horizontalanschläge 2 und 10 auf. Beide Horizontalanschläge 2 und 10 dienen dazu, in aneinander angelegtem Zustand, Kräfte in horizontaler Richtung des jeweils anderen Horizontalanschlags aufzunehmen. Der Wagenkasten 12 ist hingegen frei von Horizontalanschlägen.
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Der Horizontalanschlag 2 der Sekundärfeder 1 umfasst hier eine Trennplatte 3 zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 8 und 7 der Sekundärfeder 1. Drehgestellseitig ist hier an einem längsseits angeordneten Fahrmotor 6 ein fester Horizontalanschlag 10 in Form einer Anschlagplatte für die Trennplatte 3 der Sekundärfeder 1 vorgesehen.
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Der Horizontalanschlag in Form der Trennplatte 3 der Sekundärfeder 1 ist dabei so an der Sekundärfeder 1 angeordnet und mit ihr verbunden ist, dass eine in horizontaler Richtung auf den Horizontalanschlag 2 einwirkende Kraft, zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 8 und 7 in die Sekundärfeder 1 einleitbar ist.
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Über den zentral in der Schichtfeder angeordneten Zapfen 9 werden Querkräfte, also Kräfte in horizontaler Richtung, vom Drehgestell 13 auf die Sekundärfeder 1 oder von der Sekundärfeder 1 auf das Drehgestell 13 übertragen. Dazu weist das Drehgestell 13 eine entsprechend komplementär ausgeformte Aufnahme für den Zapfen 9 auf. Analog werden Querkräfte vom Wagenkasten 12 auf die Sekundärfeder 1 oder von der Sekundärfeder 1 auf den Wagenkasten 12 mittels einer geeigneten Schnittstelle übertragen. Hier weist der zweite Abschnitt 7 der Sekundärfeder 1 die Form eines Kegelstumpfes auf, welcher in einer topfförmigen Einbuchtung 11 des Wagenkastens 12 aufgenommen ist. Die mit der Sekundärfeder koaxiale topfförmige Einbuchtung 11 des Wagenkastens 12 und der zweite Abschnitt 7 der Sekundärfeder 1 bilden insbesondere eine Passung.
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Dadurch sind der Wagenkasten und die Sekundärfeder formschlüssig miteinander verbunden, welche formschlüssige Verbindung zumindest parallel zu einer Hochachse des Wagenkastens zum Wagenkasten hin und senkrecht zur Hochachse des Wagenkastens wirkt.
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Um vertikale Bewegungen zu begrenzen weist der Wagenkasten 12 einen Vertikalanschlag 14 aufweisen. Dieser kann in Anlage an das Drehgestell 13 kommen.
