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Die Erfindung betrifft ein Güterwagen-Drehgestell, umfassend einen Drehgestellrahmen mit daran abgestützten Rädern, der über einen Mitnahmezapfen mit einem Wagenkasten koppelbar ist, wobei im Bereich des Mitnahmezapfens zwischen dem Drehgestellrahmen und dem Wagenkasten Sekundärfedern angeordnet sind, wobei ferner der Mitnahmezapfen gegenüber dem Drehgestellrahmen ein Bewegungsspiel in Querrichtung des Drehgestells aufweist, das durch Querfederelemente beidseitig begrenzt ist.
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Aus der
WO 2008/096 015 A1 ist ein derartiges Transportwagen-Drehgestell bekannt. Aus der
DE 10 2018 104 222 A1 ist eine Auffangvorrichtung für Radsätze bekannt, die ein Herabfallen der Radsätze bei Wartungsarbeiten verhindern sollen. Die
US 4 638 742 A1 offenbart eine Notfallstütze für einen Wagenkasten für den Fall eines Versagens einer Luftfeder. Die
US 3 057 307 A offenbart eine Fixiervorrichtung zur Fixierung eines Wagenkastens an einem Drehgestell.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein derartiges Transportwagen-Drehgestell dahingehend zu verbessern, dass unter stark unterschiedlichen Beladungsbedingungen, vor allem bei einem Gewichtsverhältnis von mehr als 4 (voll beladener (brutto) zu unbeladenem (tara) Wagenkasten) eine verbesserte Dämpfung von Ausdreh- und Dämpfung von Querbewegungen des Wagenkastens erreichbar ist.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung des Ausführungsbeispieles der Erfindung, das in den Figuren dargestellt ist.
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Die Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, dass der Drehgestellrahmen gegenüber den Rädern innen liegende Radlagerungen aufweist und dass beidseitig außen auf dem Drehgestell jeweils mindestens eine federnde Reibungsstütze zur Abstützung des Wagenkastens unter Aufnahme von Querkräften, Längskräften und Wankbewegungen angebracht ist.
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Durch das Bewegungsspiel des Mitnahmezapfens gegenüber dem Drehgestellrahmen in Querrichtung treten kombinierte Längs- und Querbewegungen zwischen Wagenkasten und Drehgestellrahmen auf. Dabei erzeugt der Reibbelag der federnden Reibungsstütze in alle horizontalen Richtungen Reibungskräfte. Dies resultiert in einer formschlüssigen Kraftübertragung der Reibkraft in alle horizontalen Richtungen. Damit kann mit den Reibungsstützen nicht nur eine Dämpfung der Ausdrehbewegung sondern auch eine Dämpfung der Querbewegung und der geringen Längsbewegung des Wagenkastens erzielt werden. Unter Tara-Bedingungen ist die Einfederung in der Sekundärfederung gering. Ein Wankmoment ist dann infolge der geringen Auflast ebenfalls gering. Bei Brutto-Bedingungen und Zwischenbeladungen hingegen kann das Wankmoment durch die beiden Sekundärfedern sowie die Federwirkung der beiderseitigen Reibungsstützen aufgenommen werden. Die Kombination aus Sekundärfedern, Mitnahmezapfen mit Gummipuffern und Reibungsstütze zeigt für die Anwendung eines innovativen Güterwagendrehgestells Vorteile in Bezug auf die Rad-Schiene-Kräfte, als auch betreffend der Laufstabilität bei erhöhten Geschwindigkeiten.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung beträgt ein freies Bewegungsspiel in Querrichtung mindestens 5mm nach jeder Seite. Besonders bevorzugt beträgt das freie Bewegungsspiel etwa 10-20mm.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausbildung der Erfindung beträgt ein durch Verformung der Querfederelemente zugelassenes zweites Bewegungsspiel zwischen 5 - 50 mm nach jeder Seite. Die Querfederelemente bewirken dann eine progressiv zur Bewegung in Querrichtung steigende Gegenkraft.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung sind die Reibungsstützen derart ausgebildet, dass die jeweilige Kontaktfläche zu dem Wagenkasten gegenüber dem Drehgestellrahmen zwei Rotationsfreiheitsgrade und einen im Wesentlichen vertikalen Translationsfreiheitsgrad aufweist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausbildung sind an den freien Enden der Reibungsstützen Reibbeläge angebracht, wobei die Verbindungsflächen zwischen beiden sphärisch ausgebildet sind, um die zwei Rotationsfreiheitsgrade bereitzustellen. Die Reibbeläge sitzen also auf gewölbten Flächen und können sich bei Wankbewegungen verkippen und damit ideal an eine wagenkastenseitige Reibplatte anschmiegen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausbildung weisen die Reibungsstützen einen Begrenzungsanschlag auf, um den Translationsfreiheitsgrad in Axialrichtung zu begrenzen. Bei größeren Beladungen des Wagenkastens und speziell unter Bruttobeladung treten hohe Wankmomente auf. Der Wankwinkel wird dabei durch den Begrenzungsanschlag limitiert. Infolge der sekundären Vertikaleinfederung in die Sekundärfedern wird aber der freie Weg im Wankanschlag bis zum Begrenzungsanschlag reduziert. Somit kann der Wankwinkel mit steigender Beladung reduziert werden, was sich positiv auf die Rad-Schienenkräfte auswirkt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausbildung ist das wagenkastenseitige Ende des Mitnahmezapfens als Stützelement ausgebildet, das mit dem Wagenkasten starr verbindbar ist, wobei sich die Sekundärfedern wagenkastenseitig an dem Stützelement abstützen. Bei dieser Ausbildung können sich die vorzugsweise als Gummischichtfedern ausgebildeten Sekundärfedern zwischen dem Drehgestellrahmen und der Unterseite der Verbindungsfläche erstrecken, und die Oberseite der Verbindungsfläche kann mit dem Wagenkasten verschraubt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausbildung ist zwischen dem Mitnahmezapfen, vorzugsweise an dessen unterem Ende, und dem Drehgestellrahmen ein in Querrichtung wirkender Querdämpfer angeordnet. Dieser bewirkt vorteilhafterweise eine weitere Dämpfung der infolge des Querspiels vorhandenen Relativbewegungen zwischen Querträger und Mitnahmezapfen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausbildung sind Radachsen der Räder über Achslenker am Drehgestell mittels Achslenkerlager angelenkt, wobei die Achslenkerlager als hydraulische, frequenzabhängige Elemente ausgeführt sind. Hierbei ändert sich die Längssteifigkeit des Lagers mit der Frequenz, so dass dieses bei Kurvenfahrten, bei denen niedrigere Frequenzen auftreten, weicher ist als auf der Geraden, bei denen hohe Frequenzen auftreten. Erreicht wird dieser Effekt vorzugsweise durch zwei miteinander verbundene Fluidkammern. Steigt die Frequenz des Fluides, wird der Fluidaustausch behindert, und das Lager versteift sich, wodurch sich die Längssteifigkeit um ein Vielfaches der statischen Steifigkeit erhöht.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung(en) - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
- 1: eine perspektivische Darstellung eines Güterwagen-Drehgestells gemäß der Erfindung;
- 2: einen Querschnitt durch das Drehgestell gemäß 1 in dessen Mitte;
- 3: einen Horizontalschnitt durch einen Mitnahmezapfen mit Umgebung;
- 4: einen Schnitt durch eine Reibungsstütze;
- 5: eine Seitenansicht eines Achslenkers für eine Radachse des Drehgestells gemäß 1.
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Das Güterwagen-Drehgestell 10 umfasst im Wesentlichen zwei Längsträger 12a, 12b, die mittels eines Querträgers 14 miteinander verbunden sind und zusammen einen Drehgestellrahmen 15 bilden. Vorne und hinten am Drehgestell 10 sind zwei Radsätze angebracht, die jeweils aus einer Radachse 16a, 16b und Radpaaren bzw. Rädern 18a, 18b bestehen. Die Radachse 16a, 16b sind über Radlager 20 in (in 5 gezeigten) Achslenkern 22 geführt, die wiederum mittels Achslenkerlager 24 in den Längsträgern 12a, 12b angelenkt sind. Zwischen den Achslenkern 22 und den Längsträger 12a, 12b sind paarweise Primärfedern 26 angeordnet. Parallel zu den Primärfedern 26 sind ferner Achslenkerdämpfer 28 vorhanden.
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Mittig im Drehgestell 10 ist ein Mitnahmezapfen 30 angeordnet, der nicht fest mit dem Drehgestell 10 verbunden ist, sondern sich über vier Federelemente am Querträger 14 abstützt, wie insbesondere in 3 dargestellt ist. Es sind zwei Längsfederelemente 32a, 32b und zwei Querfederelemente 34a, 34b vorhanden, wobei die letzteren vorzugsweise als Gummischichtfedern ausgebildet sind, also aus mehreren Gummischichten bestehen, die durch Metallplatten getrennt sind.
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Die beiden Längsfederelemente 32a, 32b liegen dabei mit geringen Spiel (<1 mm) oder spielfrei am Mitnahmezapfen 30 an, während zwischen den Querfederelementen 34a, 34b und dem Mitnahmezapfen 30 zwei Querspalte 36a, 36b verbleiben, die ein Bewegungsspiel von vorzugsweise mehr als 5mm in Querrichtung des Drehgestells definieren.
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Das obere Ende des Mitnahmezapfens 30 ist als zumindest in Querrichtung beidseitig verbreitertes Stützelement 38 ausgebildet und ist vorzugsweise als integrales Gußelement geformt. Zwischen dem Stützelement 38 und dem Querträger 14 sind Sekundärfedern 40a, 40b angeordnet, die ebenfalls vorzugsweise als Gummischichtfedern ausgebildet sind und ein progressives Federverhalten aufweisen. Diese Sekundärfedern 40a, 40b bewirken sowohl in Axialrichtung (also Vertikalrichtung), als auch in Querrichtung eine Federung für Wagenkasten 44.
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Der Mitnahmezapfen 30 ist ferner zur Dämpfung der Querbewegungen über einen Querdämpfer 42 mit dem Querträger 14 verbunden. Die Oberseite des Stützelementes 38 ist mit einem Wagenkasten 44 fest verbunden.
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Seitlich außen sind am Drehgestell 10 zwei Reibungsstützen 46a, 46b angebracht, welche den Wagenkasten 44 federnd abstützen. Dazu umfassen die Reibungsstützen 46a, 46b jeweils Führungsbolzen 48a, 48b, die über Schraubendruckfedern 50a, 50b am Drehgestell 10 abgestützt sind. Die axialen Einfederbewegungen der Führungsbolzen 48a, 48b werden durch Anschläge begrenzt, wobei bei Tara-Auflast Vertikalspalte 51 von etwa 20 - 30mm vorhanden sind. Die oberen Enden der Führungsbolzen 48a, 48b haben eine sphärische Verbindungsfläche zu den Reibbelägen 52a, 52b, so dass sich die Reibbeläge 52a, 52b in zwei Rotationsfreiheitsgraden in Relation zu den Führungsbolzen 48a, 48b bewegen können und damit bei Wank- und anderen Bewegungen eine flächige Abstützung des Wagenkastens 44 über dort angebrachte Reibplatten 54a, 54b gewährleisten.
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Die Führungsbolzen 48a, 48b bewegen sich jeweils vertikal in einer Gleitbuchse 56. Jede Gleitbuchse 56 ist unten im Rahmen des Drehgestells 10 durch einen Ring gegen axiale Verschiebung fixiert. Zum Ausgleich von vertikalen Toleranzen zwischen Drehgestell 10 und Wagenkasten 44 sind Beilagen 58 zwischen dem Drehgestellrahmen 15 und einer unteren Federführung vorhanden. Zur Sicherung der Reibbeläge 52a, 52b gegen Verlieren sind Sicherungsbleche 60 an der oberen Federführung angeschraubt.
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Die Reibungsstützen 46a, 46b sind für einen Auflastbereich (auf das Drehgestell 10) von ca. 20 bis 350 kN ausgelegt. Durch Anpassungen der Schraubenfedergeometrie und der Anschlagwege kann dieser auch für größere Auflasten angepasst werden. Die Vertikalsteifigkeit einer Schraubendruckfeder 50a, 50b beträgt zwischen 500 und 700 N/mm. Der Vertikalweg des Wankanschlags von einer Tara-Auflast bis zum Festanschlag beträgt zwischen 20 und 30 mm. Der Reibbelag 52a, 52b hat einen Durchmesser von ca. 100 mm und ein vertikales Verschleißmaß von 5 bis 10 mm. Der Reibkoeffizient des Reibbelags 52a, 52b gegenüber der Reibplatte 54a, 54b am Wagenkasten 44, die vorzugsweise aus rostfreiem Stahl besteht, beträgt zwischen 0,3 und 0,4, je nach benötigter Reibdämpfung.
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Wie in 5 dargestellt ist und bereits weiter oben beschrieben wurde, sind die Radachsen 16a, 16b über Radlager 20 in Achslenkern 22 geführt, die wiederum mittels Achslenkerlager 24 in den Längsträgern 12a, 12b angelenkt sind. Die Achslenkerlager 24 sind als hydraulische Achslenkerlager ausgebildet. Dabei ändert sich die Längssteifigkeit mit der Frequenz, so dass bei Kurvenfahrten eine geringer Steifigkeit vorhanden ist als bei Geradeausfahrt, bei der höhere Frequenzen auftreten. Dazu sind zwei miteinander verbundene Fluidkammern vorhanden. Steigt die Frequenz des Fluides, wird der Fluidaustausch behindert, und das Lager versteift sich.
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Bei der oben beschriebenen Drehgestell Ausbildung liegt die Schnittstelle zwischen Drehgestell und Wagenkasten in der Sekundärfederstufe.
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Vorzugsweise sind die Sekundärfedern 40a, 40b als Gummischichtfedern ausgebildet. Diese bestehen aus mehreren Schichten Gummimaterial, welche durch Stahlbleche getrennt sind. Dies erzeugt bei steigender Auflast eine progressive Steifigkeitskennlinie. Im Verhältnis zur Vertikalsteifigkeit ist die Quersteifigkeit einer Gummischichtfeder deutlich geringer. Dies lässt zum einen zu, dass das Drehgestell 10 in der Gummischichtfeder ausdrehen kann, was in einer Deformation in Fahrzeuglängsrichtung führt. Ein wesentlicher Vorteil der Gummischichtfeder im Vergleich herkömmlichen Spiralfedern ist der Querweg zwischen Wagenkasten 44 und Drehgestell 10. Diese Bewegung in Querrichtung wird von den Gummischichtfedern aufgenommen.
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Die Gummischichtfedern 40a, 40b haben vorzugsweise zusätzlich innen liegende Kammern und weitere Gummischichten, welche bei einer gewissen Einfederung in Kontakt kommen und die Progression der Vertikalsteifigkeit weiter verstärken. Das Bauteil bietet somit eine gewünschte progressive Vertikalsteifigkeit. Damit kann die Vertikaleinfederung der Sekundärfederung auch bei der großen Beladungsdifferenz des Güterwagens von tara zu brutto minimiert werden.
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Diese Gummischichtfedern 40a, 40b sitzen zwischen dem am Wagenkasten 44 fest verschraubten Mitnahmezapfen 30 und dem Querträger 14 des Drehgestells 10. Der Mitnahmezapfen 30 stützt sich somit in vertikaler Richtung auf den Gummischichtfedern 40a, 40b ab. Infolgedessen hat die Sekundärfederung auch in Querrichtung einen progressiven Steifigkeitsverlauf. Bei kleinen Querbewegungen ist die Quersteifigkeit lediglich abhängig von den Sekundärfedern 40a, 40 b. Wenn der Spalt 36a, 36b zwischen Mitnahmezapfen 30 und Querfederelementen 34a, 34b aufgebraucht wird, steigt die Quersteifigkeit um den Anteil der Querfederelementen 34a, 34b an. Diese Progression ist insbesondere bei Fahrten mit Bruttobeladung relevant, sodass die Querbewegungen des beladenen Fahrzeuges nicht zu groß werden, aber auch bei Fahrten mit Tara-Beladung Querbewegungen in der Sekundärfederung möglich sind.
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Die Reibungsstützen 46a, 46b dienen u.a. als Wankanschlag. Wesentlich dabei ist, dass die Reibbeläge 52a, 52b nicht nur in Längsrichtung Reibungskräfte erzeugen, sondern in alle horizontalen Richtungen. Durch den Mitnahmezapfen 30 und die Gummischichtfedern 40a, 40b treten kombinierte Längs- und Querbewegungen zwischen dem Wagenkasten 44 und dem Drehgestell 10 auf.
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Mit den Reibungsstützen 46a, 46b kann nicht nur eine Dämpfung der Ausdrehbewegung sondern auch eine Dämpfung der Querbewegung des Wagenkastens 44 erzielt werden.
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Die Reibbeläge 52a, 52b sind mit einer sphärischen Oberfläche an der Seite zwischen Führungsbolzen und Reibbelag gestaltet, wodurch die Reibbeläge 52a, 52b optimal gegen die Unterseite des Wagenkastens 44 gepresst werden, weil diese selbst unter einem Wankwinkel auf der sphärischen Fläche ausdrehen können. Deshalb kann der Verschleiss der Reibbeläge 52a, 52b vermindert werden und trotz kleinerer Fläche eine hohe Standzeit erreicht werden. Ausserdem ist ein Tauschen eines verschlissenen Reibbelages 52a, 52b im eingebauten Zustand möglich. Die Führungsbolzen 48a, 48b werden mit einer Vorrichtung nach unten vorgespannt, wodurch ein Abstand der Reibbeläge 52a, 52b zum Wagenkasten 44 entsteht. Nach dem Lösen einer Abfallsicherung können die Reibbeläge 52a, 52b zur Seite ausgebaut und ausgetauscht werden.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Güterwagen-Drehgestell
- 12a,b
- Längsträger
- 14
- Querträger
- 15
- Drehgestellrahmen
- 16a,b
- Radachse
- 18a,b
- Rädern
- 20
- Radlager
- 22
- Achslenker
- 24
- Achslenkerlager
- 26
- Primärfedern
- 28
- Achslenkerdämpfer
- 30
- Mitnahmezapfen
- 32a,b
- Längsfederelemente
- 34a,b
- Querfederelemente
- 36a,b
- Querspalt
- 38
- Stützelement
- 40a,b
- Sekundärfedern
- 42
- Querdämpfer
- 44
- Wagenkasten
- 46a,b
- Reibungsstütze
- 48a,b
- Führungsbolzen
- 50a,b
- Schraubendruckfedern
- 51
- Vertikalspalt
- 52a,b
- Reibbeläge
- 54a,b
- Reibplatte
- 56
- Gleitbuchse
- 58
- Beilagen
- 60
- Sicherungsbleche
