DE1530102C3 - Sekundärfederabstützung für Schienenfahrzeuge - Google Patents

Description

^Die Erfindung bezieht sich auf eine seitliche Sekundärfederabstützung niedriger Bauhöhe für Fahrzeugkästen von Schienenfahrzeugen mittels Schraubenfedern, die neben den vertikalen Relativbewegungen ohne Seitengleitplatten oder Zusatzfedern auch die horizontalen Relativbewegungen zwischen Drehgestell und Fahrzeugkasten durch Querverformung sta-■■ bil aufnehmen, und zwar die kleineren Bewegungen in Y-Richtung (quer) mit großen und die größeren Bewegungen in A'-Richtung (längs) mit kleinen Federkennwerten.

Die konstruktive Auslegung von Schraubenfedern als Sekundärfederabstützungen ist bereits dann schwierig, wenn sie neben der für die senkrechte Laufgüte erwünschten Schwingzahl in der Hauptbela- stungsrichtung (Z-Richtung) auch noch ausreichend große Rückstellkräfte in Y-Richtung für die Querbewegung des Fahrzeugkastens aufbringen sollen, damit sich auch die für die waagerechten Laufeigenschaften erwünschte Querschwingzahl ergibt. Dennoch lassen sich ausreichend große Federquerkräfte bei entsprechender Auslegung der Federn und fester Auflagerung ihrer Federenden erreichen. Dadurch ergibt sich der große Vorteil, daß die meist vielseitigen Pendelgehänge samt Wiegenträger, also reibende und verschleißende Teile, entfallen können.

Diese fest aufgelagerten Schraubenfedern aber gleichzeitig auch noch für Ausdrehbewegung der Drehgestelle in A'-Richtung gegenüber dem Fahr-

zeugkasten beim Bogenlauf zu benutzen, ist schon bei kleinen Drehzapfenabständen wegen der hohen Ausdreh- bzw. Rückstell- und somit Anlaufkräfte der Drehgestelle nachteilig, bei größeren Drehzapfenabständen aber, also bei langen Fahrzeugen, überhaupt nicht möglich. Infolge der meist zwei- bis dreimal größeren Wege in A'-Richtung als in Y-Richtung würde nämlich die zulässige Gesamtspannung der Federn überschritten, ihre Knicksteifigkeit würde kaum ausreichen, und die Anlaufkraft des Drehgestells wäre viel zu groß. Fahrzeuge mit solcher Kastenfederanordnung benötigen daher als zusätzlichen Aufwand Seitengleitplatten für das Ausdrehen der Drehgestelle, wie ausgeführte Fahrzeuge mit längeren Drehzapfenabständen beweisen.

Auch sind Fahrzeuge - jedoch mit kurzen Drehzapfenabständen-bekannt (Lokomotiven), auf deren Kastenschraubenfedern sowohl die Querbewegung in Y-Richtung, als auch die (allerdings nur wenig größere) Ausdrehbewegung in A'-Richtung ausgeführt wird und bei denen somit auch Seitengleitplatten entfallen sind. Da die Federkennwerte in beiden Richtungen gleich sind, muß, um beim Ausdrehen unzulässige Gesamtspannungen der Federn auszuschließen, die sonst übliche Zahl von ein oder zwei Kastenfedern je Drehgestellseite erhöht oder gar verdoppelt werden. Obwohl dann auch des Platzmangels wegen sehr schlanke hohe Schraubenfedern gewählt werden müssen, ist ihr hoher Ausdrehwiderstand bereits nachteilig für die Anlaufkräfte, so daß sich diese Kastenfederanordnung für lange Fahrzeuge nicht eignet.

Bei einer Lokomotivbauart mit sehr kurzem Drehzapfenabstand und fester Drehzapfenführung, deren Fahrzeugkasten in Y-Richtung also nur Wankbewe-

·· gungen ausführen kann, ist eine Brückenabstützung aus der Kombination von metallischen Schraubenfedern mit Gummischichtfedern ausgeführt, bei der die Schraubenfedern mit ihrem einen Ende unmittelbar, d.h. ohne elastische Zwischenlagen, auf dem Drehgestell oder der Brücke flächig aufliegen, während sie sich mit ihrem anderen Ende gegen die Gummischichtfedern abstützen, und bei der die Gummischichtfedern und die Schraubenfedern nach allen Richtungen hin frei beweglich sind (gemäß DT-GM

' 1931223). Die zwei Schraubenfedern je Drehgestellseite sind zu ihrer Stabilisierung durch eine Platte verbunden, an der die oberen Federenden fest gelagert sind. Auf dieser Platte sind zwei schubweiche Gummifedern gelagert, die den Ausdrehweg des Drehgestells größtenteils übernehmen, damit die beiden Schraubenfedern nicht schon bei kleinen Ausdrehwegen überbeansprucht oder instabil werden. Sie sollen und können also nicht der elastischen Auflagerung der oberen Schraubenfederenden oder der Differenzierung der Schraubenfederkennwerte in Y- und X-Richtung dienen, sondern müssen den Ausdrehweg größtenteils selber übernehmen, weil es die Stahlfedern nicht allein können. Die Federkennwerte dieser zusammengesetzten Federung sind in Y-und Af-Richtung etwa gleich; nur wenn die als Traverse vorgeschlagene Platte anschlägt und somit die Schraubenfedern in Y-Richtung ausschaltet, müßten die mit Rücksicht auf die ΑΓ-Richtung sehr schubweichen Gummifedern die erforderlichen Rückstellkräfte in Y-Richtung aufbringen, was bei großen Drehzapfenabständen und Ausdrehwegen jedoch nicht möglich ist. Federungen nach diesem Stand der Technik weisen das Kennzeichen, allein mit verschieden gelagerten oder elastisch gehalterten Stahlfedern unterschiedliche Rückstellkräfte in X- und Y-Richtung zu erzielen, nicht auf. Solche aus Gummi- und Stahlfedern zusammengesetzten Federabstützungen erfordern daher viel höheren und breiteren Einbauraum, sind vielteilig, bezüglich der Traverse nicht verschleiß- und wartungsfrei und für lange Fahrzeuge nicht geeignet.

Bei einer anderen bekannten, aus Gummi- und Stahlfedern zusammengesetzten Abstützung (CH-PS

ίο 338 487) wird in Y-Richtung die Bewegung der Stahlfeder durch einen festen Lenker ausgeschaltet, wobei die im wesentlichen winkelsteifen Gummifedern als Schubfedern wirken. Auch bei dieser Anordnung treten die im vorigen Abschnitt genannten Nachteile auf.

t5 In einer weiteren bekannten Abstützung (US-PS 2 562 573) wird die Neigung eines Federtellers in Y-Richtung durch elastische Anschläge begrenzt, um die Federkennwerte in Y-Richtung nach Erreichen des Anschlages zu erhöhen. Mit einer solchen Anordnung ist der in vielen Fällen notwendige große Unterschied der Federkennwerte von Y- und A'-Richtung nicht realisierbar. Außerdem ist die konstruktive Gestaltung der elastischen Anschläge bezüglich ihrer Lebensdauer bzw. der Konstanz ihrer Kennwerte über ihre Lebensdauer problematisch.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Fahrzeugkästen von Schienenfahrzeugen mittels Schraubenfedern seitliche Sekundärfederabstützungen niedriger Bauhöhe zu schaffen, die neben den vertikalen Relativbewegungen ohne Seitengleitplatten oder Zusatzfedern auch die horizontalen Relativbewegungen zwischen Drehgestell und Fahrzeugkasten durch Querverformung stabil aufnehmen, und zwar die kleineren Bewegungen in Y-Richtung (quer zur Gleisrichtung) mit großen und die größeren Bewegungen in AT-Richtung (längs) mit kleinen Federkennwerten.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt im Prinzip dadurch-j-daßdie Enden der Sekundärschraubenfedern auf Federtellern ruhen, die sich in A'-Richtung auf elastischen Unterlagen, Nocken, Gelenken oder Wälzkörpern neigen können, in Y-Richtung aber nicht, oder daß die elastisch gelagerten Federn in Y-Richtung federnd gehaltert sind. In Anwendung dieses übergeordneten Lösungsgedankens ergeben sich die folgenden konstruktiv verschiedenen Lösungen dadurch, daß

• l.zur Erreichung dieser unterschiedlichen horizontalen Federkennwerte zwei Federteller, sich auf elastischen Zwischenlagen abstützen und die Federteller in Y-Richtung verlaufende Abstütznocken aufweisen, auf denen sich die Schraubenfeder beim Ausdrehen des Drehgestells in A'-Richtung elastisch neigen kann, in Y-Richtung

aber nicht; .;

2. zur Erreichung dieser unterschiedlichen horizontalen Federkennwerte Federteller in Gelenken gelagert sind, deren Achsen in Y-Richtung zeigen, und die Neigungen der Federteller in X-Richtung bei Ausdrehen der Drehgestelle durch feste Anschläge begrenzt sind, so daß die Schraubenfeder nicht instabil werden kann;

3. zur Erreichung dieser unterschiedlichen horizontalen Federkennwerte die an beiden Enden auf elastischen Zwischenlagen gelagerte Schraubenfeder in zwei Federn unterteilt ist und die beiden Federteile an der Trennstelle auf einem Federteller fest auflagern, wobei der Federteller

in Y-Richtung über einen Lenker und einen Lagerbock mit dem Rahmen des Drehgestells verbunden ist, so daß die Rückstellkraft in Y-Richtung zunächst infolge der Elastizität und/oder des Spiels eines kardanischen Lagers und dann infolge Ausschaltens der einen Schraubenfeder progressiv wird;

4. zur Erreichung dieser unterschiedlichen horizontalen Federkennwerte zwei Federteller walzen- oder kegelmantelförmige Abwälzflächen aufweisen, auf denen das Drehgestell mit kleiner Kraft ausdrehen kann, und die Federteller in Rahmen geführt sind mit einer Bolzenverbindung, die den Ausdrehweg der Federteller begrenzt, wobei zwei Abstützflächen die volle Rückstellkraft der Schraubenfeder infolge der Flexicoilwirkung in Y-Richtung erzwingen. In einer Variante (SeT letztgenannten Sekundärfederabstützung geschieht die Begrenzung des Ausdrehweges der Federteller statt mit einer Bolzenverbindung mittels einer Anschlagschraube, in einer anderen Variante statt mit einer Bolzenverbindung mittels Anschlagflächen. Die entsprechenden Ansprüche 5 und 6 sind echte Unteransprüche von Anspruch 4.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Abb. 1 zeigt zunächst ein Beispiel einer bekannten Lagerung von auf ihre Quersteifigkeit (Flexicoil) beanspruchten Schraubenfedern 3 zwischen Drehgestell 1 und Wagenkasten 2. Bei einer Horizontalverschiebung der beiden Federenden gegeneinander verformt sich die Schraubenfeder nach einer S-förmigen Biegelinie 4, weil beide Federenden infolge der Flächenstabilisierung der Auflager stets parallel blei-L ben und bei der Spannungsermittlung als fest eingespannt zu betrachten sind. Die Grenze der Flexicoil-Verschiebung s ist entweder durch die Beanspruchung der Schraubenfeder oder durch die für Bogenfahrten größtzulässige bzw. erwünschte Rückstellkraft bestimmt.

Abb. 2 zeigt zwischen Drehgestell 1 und Wagenkasten 2 angeordnete Schraubenfedern 3 mit elastischen Zwischenlagen an einem (rechte Seite der Abb. 2) oder an beiden Federenden (linke Seite der Abb. 2). Die hierfür in Abb. 3 eingezeichnete Biegelinie 7 zeigt, daß die Feder durch die elastische Auflagerung weniger stark S-förmig verformt wird, als die elastische Biegelinie 4 in Abb. 1, weil die Federendflächen nicht parallel bleiben. Die Biegelinie mündet nicht rechtwinklig in die Auflagefläche ein, sondern in einem Winkel a< 90°. Durch diese Art der Federeinspannung ist eine größere Horizontalverschiebung der Federenden gegeneinander auch bei Schraubenfedern mit geringem Schlankheitsgrad (Federlänge/ Wickeldurchmesser) möglich. Die aus der Flexicoil-Beanspruchung resultierende Rückstellkraft kann so in weiten Grenzen beeinflußt und insbesondere bei Fahrzeugen mit größerem Ausdrehweg der Drehgestelle herabgesetzt werden. Ist nur der Ausdrehweg des Drehgestells in ^-Richtung - wie in den meisten Fällen - wesentlich größer als der Wiegenquerweg, dann ist bei der Federanordnung nach Abb. 2 für die Wiegenbewegung eine größere Federkraft als in Längsrichtung notwendig, um die erforderliche Rückstellkraft für die Fahrzeugkasten-Querfederung zu erzielen. Am einfachsten sind diese unterschiedlichen Federkennwerte durch geeignete Ausbildung von elastischen Zwischenlagern S zu erreichen, deren Wirkung auf den Federkennwert in Y-Richtung aber aufgehoben ist.

In Abb. 4 ist eine der Sekundärfederabstützungen im Schnitt parallel zur Fahrzeuglängsrichtung dargestellt. Ein Federteller 8 weist senkrecht zur Schnittebene Abwälznocken 50 auf, deren Höhenmaß mit der druckbelasteten Zwischenlage 5 gleich ist. Somit kann diese Zwischenlage sich nur in Fahrzeuglängsrichtung um den Abstützpunkt der Nocken neigen, wobei der Federkennwert in A'-Richtung entscheidend von der Elastizität der Unterlagen abhängt. Die Bewegung in Y-Richtung ist nur über die in dieser Richtung stabilisierte Schraubenfeder 3 möglich, deren volle Rückstellkraft im Vergleich zu der in Y-Richtung groß ist.

In Abb. 5 ist eine weitere Ausführung dargestellt, wobei ein Federteller 9 ohne elastische Zwischenlage sich in Fahrzeuglängsrichtung in einem Gelenk 10 so-

weit neigen kann, bis er nach einem bestimmten Winkel an feste Begrenzungen 11 anschlägt, damit die Feder nicht instabil wird.

Die gleiche, aber noch feiner abstufbare Wirkung wie in Abb. 4 und 5 wird durch die Federanordnung nach Abb. 6 erzielt. Das im Schnitt senkrecht zur Fahrzeuglängsachse dargestellte Federsystem besteht aus den gleichen Bauteilen wie Abb. 3, jedoch ist hier die Schraubenfeder durch einen Federteller 12 in eine obere und untere Schraubenfeder 3a bzw. 3b unterteilt. Der Federteller 12 ist durch einen Lenker 14 mit elastischen Lagern 13 über den Lagerbock 15 mit dem Drehgestellrahmen 1 verbunden. In X-Richtung des Fahrzeugs wirkt nun die Federung in gleicher Weise wie Abb. 3, in Y-Richtung verhindert der Lenker nach einem gewissen Querweg die weitere Querbeanspruchung der unteren Schraubenfeder 3b, so daß die^Bewegung in Y-Richtung nur über die obere Sehraubenfeder 3 a mit entsprechend höherer Rückstellkraft möglich ist. Das Verhältnis der Rückstellkräfte in X^ und Y-Richtung kann durch die Wahl der beiden Federlängen, ihre Kennwerte, die unterschiedliche Weichheit der elastischen Zwischenlagen 5 und schließlich durch größere Elastizität der beiden Lager der Lenker 13 in Richtung der Lenkerachse variiert werden. Es ist so eine mehrfach progressiv wirkende Rückstellkraft in Y-Richtung erzielbar. Selbst bei sehr niedrigen und wenig schlanken, also sehr stabilen Fahrzeugkastenfedern kann ein verhältnismäßig geringer Ausdrehwiderstand der Drehgestelle erreicht werden, wenn, wie Abb. 7 zeigt, zwei Federteller 20 walzensegmentförmige oder leicht kegelige Abwälzflächen aufweisen, die zur Stabilisierung des Drehgestells bei Fahrt im geraden Gleis bei 21 abgeflacht sein können und deren Rollbahn 22 durch Seitenführungen 23 und Längsanschläge 24 begrenzt ist. Beim Ausdrehen des Drehgestells wälzen sich die Federteller auf den Abrollflächen ab, wodurch die Schubverformung einer Feder 25 annähernd gleichmäßig über ihre ganze Länge und mit nur geringer S-förmiger Verbiegung erfolgt. Zur Begrenzung des Ausdrehweges und als Halteeinrichtung dient z.B. eine Bolzenverbindung 26 zwischen Federteller 20 und Seitenführung 23, wofür in den Seitenführungen zykloidenförmige Aussparungen 27 vorgesehen sind.

Diese Halteeinrichtung kann auch durch einen verschleißarmen radialweichen Silentblock erreicht werden. Weitere Beispiele für die Begrenzung des Ausdrehweges sind - als Variante der in Abb. 7

dargestellten Einrichtung - in A b b. 7 a und 7 b dargestellt und mit Anschlagschraube 29 bzw. Anschlagfläche 30 bezeichnet.

Für die Wiegenquerfederung ist diese Wirkung durch die zylindrischen Abwälzflächen oder besser

noch durch ihre zweibahnige Abstützung 28 ausgeschaltet, so daß dieser Federweg in gewünschter Weise ausschließlich durch Verformung der Schraubenfeder 25 möglich ist und somit eine ausreichende Rückstellkraft aufgebracht wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

609 517/;·

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Seitliche Sekundärfederabstützung niedriger Bauhöhe für Fahrzeugkästen von Schienenfahrzeugen mittels Schraubenfedern, die neben den vertikalen Relativbewegungen ohne Seitenleitplatten oder Zusatzfedern auch die horizontalen Relativbewegungen zwischen Drehgestell und Fahrzeugkasten durch Querverformung stabil aufnehmen, und zwar die kleineren Bewegungen in Y-Richtung(quer) mit großen und die größeren Bewegungen in A'-Richtung (längs) mit kleinen Federkennwerten, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erreichung dieser unterschiedlichen horizontalen Federkennwerte zwei Federteller (8) sich auf elastischen Zwischenlagen (5) abstützen und die Federteller in V-Richtung verlaufende Abstütznocken aufweisen, auf denen sich die Schraubenfeder (3) beim Ausdrehen des Drehgestells in A'-Richtung elastisch neigen kann, in Y-Richtung aber nicht (Abb. 4).

2. Seitliche Sekundärfederabstützung niedriger Bauhöhe für Fahrzeugkästen von Schienenfahrzeugen mittels Schraubenfedern, die neben den vertikalen Relativbewegungen ohne Seitengleitplatten oder Zusatzfedern auch die horizontalen Relativbewegungen zwischen Drehgestell und Fahrzeugkasten durch Querverformung stabil aufnehmen, und zwar die kleineren Bewegungen in Y-Richtung (quer) mit großen und die größeren Bewegungen in A'-Richtung (längs) mit kleinen Federkennwerten, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erreichung dieser unterschiedlichen horizontalen Federkennwerte Federteller (9) in Gelenken (10) gelagert sind, deren Achsen in Y-Richtung zeigen, und die Neigung der Federteller (9) in A'-Richtung bei Ausdrehen der Drehgestelle durch feste Anschläge (Begrenzung 11) begrenzt sind, so daß die Schraubenfeder (3) nicht instabil werden kann (Abb. 5).

3. Seitliche Sekundärfederabstützung niedriger Bauhöhe für Fahrzeugkästen von Schienenfahrzeugen mittels Schraubenfedern, die neben den vertikalen Relativbewegungen ohne Seitengleitplatten oder Zusatzfedern auch die horizontalen Relativbewegungen zwischen Drehgestell und Fahrzeugkasten durch Querverformung stabil aufnehmen, und zwar die kleineren Bewegungen in Y-Richtung (quer) mit großen und die größeren Bewegungen in ΑΓ-Richtung (längs) mit kleinen Federkennwerten, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erreichung dieser unterschiedlichen horizontalen Federkennwerte die an ,beiden Enden auf elastischen Zwischenlagen (5) gelagerte Schraubenfeder in zwei Federn unterteilt ist und die beiden Federteile (Schraubenfeder 3a, und 3b) an der Trennstelle auf einem Federteller (12) fest auflagern, wobei der Federteller (12) in Y-Richtung über einen Lenker (14) und einen Lagerbock (15) mit dem Rahmen des Drehgestells (1) verbunden ist, so daß die Rückstellkraft in Y-Richtung zunächst infolge der Elastizität und/oder des Spiels eines kardanischen Lagers (13) und dann infolge Ausschaltens der einen Schraubenfeder (3 b) progressiv wird (Abb. 6).

4. Seitliche Sekundärfederabstützung niedriger Bauhöhe für Fahrzeugkästen von Schienenfahr-

zeugen mittels Schraubenfedern, die neben den vertikalen Relativbewegungen ohne Seitengleitplatten oder Zusatzfedern auch die horizontalen Relativbewegungen zwischen Drehgestell und Fahrzeugkasten durch Querverformung stabil aufnehmen, und zwar die kleineren Bewegungen in Y-Richtung (quer) mit großen und die größeren Bewegungen in A'-Richtung (längs) mit kleinen Federkennwerten, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erreichung dieser unterschiedlichen horizontalen Federkennwerte zwei Federteller (20) walzen- oder kegelmantelförmige Abwälzflächen aufweisen, auf denen das Drehgestell mit kleiner Kraft ausdrehen kann, und die Federteller (20) in Rahmen (Seitenführung 23 und Längsanschlag 24) geführt sind mit einer Bolzenverbindung (26), die den Ausdrehweg der Federteller begrenzt, wobei zwei Abstützflächen (28) die volle Rückstellkraft der Schraubenfeder infolge der Flexicoilwirkung in Y-Richtung erzwingen (Abb. 7).

5. Seitliche Sekundärfederabstützung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzung des Ausdrehweges der Federteller statt mit einer Bolzenverbindung mittels einer Anschlagschraube (29) geschieht (Abb. 7a).

6. Seitliche Sekundärfederabstützung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzung des Ausdrehweges der Federteller statt mit einer Bolzenverbindung mittels Anschlagflächen (30) geschieht (Abb. 7b).