DE19608179A1

DE19608179A1 - Abstützung von Schienenfahrzeugen mittels Luftfedersysteme

Info

Publication number: DE19608179A1
Application number: DE19608179A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dipl Ing Kahl; Hans-Joachim Dipl Phys Zaehr; Karl-Heinz Menzel; Manfred Prof Dr Ing Wiesner
Original assignee: Deutsche Waggonbau AG
Current assignee: DWA Deutsche Waggonbau GmbH
Priority date: 1996-03-04
Filing date: 1996-03-04
Publication date: 1997-09-11
Also published as: DE59604839D1; EP0794099A1; EP0794099B1; ATE191188T1

Description

Die Erfindung betrifft eine Abstützung von Schienenfahrzeugen mittels Luftfedersysteme, die jeweils aus einer Luftfeder sowie einer Zusatzfeder, vorzugsweise einer Gummizusatzfeder, beste hen, einzeln oder mehrfach zwischen dem Wagenkasten und den Laufwerken vorgesehen sind und die Querfederung und die Ausdre hung des Fahrzeuges übernehmen.

Es ist ganz allgemein bekannt, Wagenkästen von Schienenfahrzeu gen über Luftfedersysteme auf den Laufwerken abzustützen. Diese Luftfedersysteme dienen hauptsächlich der vertikalen Fahrzeug federung, werden aber aus ökonomischen Erwägungen überwiegend zugleich für die Querfederung des Fahrzeuges und die Ausdrehbe wegung des Laufwerkes benutzt. Um die Fahrsicherheit/Entglei sungssicherheit des Fahrzeuges auch bei einem eventuellen Aus fall der Luftfeder zu gewährleisten, ist das Luftfedersystem im allgemeinen als eine Reihen- und/oder Parallelschaltung von Luft- und Gummizusatzfeder aufgebaut. Infolge der hohen und sehr komplexen Beanspruchung des Luftfedersystems ist es prak tisch unmöglich, eine sowohl für die vertikale Federung als auch für die horizontale Federung und Ausdrehcharakteristik je weils optimale Gestaltung und Auslegung zu gewährleisten. So kann zwar mit einer Halbbalgluftfeder und einer Gummischichten feder, als Zusatzfeder, eine ausreichende Querweichheit er reicht werden, jedoch ist dieses System beim Ausdrehen häufig nicht knicksteif und vertikal im Notfederbetrieb zu hart. Si cherlich ließen sich diese Mängel durch Vergrößerung des Sys tems beseitigen, jedoch steht in den Laufwerken der hierzu er forderliche Platz selten zur Verfügung. Zusatzfedern, welche knicksteif und vertikal ausreichend weich sind, wie beispiels weise Konusfedern, bieten in Querrichtung wiederum nur eine ge ringe Elastizität. Die Auslegung des Luftfedersystems hinsicht lich Platzbedarf, vertikaler und horizontaler Federkonstante, Drehsteifigkeit, Setzungsverhalten, Lebensdauer und anderes mehr stellt deshalb immer nur einen Kompromiß dar.

So ist ein Abstützsystem für Schienenfahrzeuge (WO 95/18743) bekannt, bei dem zur Verbesserung der Quersteifigkeit und der kardanischen Beanspruchung bei Neigetechnik vorgeschlagen wird, am oberen Ende der Gasfeder (Luftfeder) eine Kalottenfeder zu sätzlich anzuordnen. Dieser Lösung haftet der Nachteil an, daß die Kalottenfeder nicht nur ihre Wirkung in der beabsichtigten Richtung entfaltet, sondern unerwünschte Auswirkungen bezie hungsweise Bedingungen beispielsweise auch in vertikaler Bela stungsrichtung oder bei der Drehung des Laufwerkes auftreten. In jedem Fall verringert die zusätzliche Kalottenfeder die Knick- und die Drehsteifigkeit des Federsystems insbesondere dann ganz erheblich, wenn gemäß Anspruch 2 unter der Gasfeder eine Schichtfeder angeordnet ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Wirkung der Kalottenfeder im gesamten Bewegungs bereich des Federsystems vorhanden ist, das heißt, die verrin gerte Quersteifigkeit muß gegen Ende des Querfederweges durch zusätzliche Bauteile wieder verhärtet werden, damit plötzliche, unangenehme Anschläge vermieden werden.

Weiterhin ist auch allgemein bekannt, daß die Querfederkonstan te eines Luftfederbalges keine feste Größe ist, sondern bei spielsweise neben dem Balginnendruck und der Bewegungsgeschwin digkeit auch vom Querfederweg abhängig ist. Nachteiligerweise ist die Querfederung bei den häufig vorkommenden kleinen Quer ausschlägen deutlich härter als bei den selteneren großen Quer federwegen, was zu einer negativen Wirkung auf Fahrzeuglauf und Fahrkomfort führt.

Der im Patentanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Abstützung von Schienenfahrzeugen mittels Luft federsysteme zu schaffen, welche eine geringe Querfedercharak teristik des Fahrzeuges bei kleinen Querfederwegen gewährlei stet und die keine nachteiligen Wirkungen auf die vertikale Fe derung und die Drehung des Laufwerkes hervorruft.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem zwischen dem Luftfedersystem und dem Laufwerk eine Rolleinrichtung mit quer zum Fahrzeug orientierter Rollrichtung angeordnet ist, de ren wirksamer Radius R annähernd gleich oder größer der Höhe des Luftfedersystems und deren Rollbereich definiert begrenzt ist. Des weiteren ist erfindungsgemäß, daß die Rolleinrichtung durch eine an der unteren Abstützfläche des Luftfedersystems oder daran befindlicher Elemente angeordneten Rollplatte mit mittiger, gerundeter Rollschneide und eine am Laufwerk ange brachten ebenen Gegenlagerfläche gebildet ist. Weiterhin ist erfindungsgemäß, daß die Rollschneide nach beiden Seiten von tangierenden ebenen Flächen begrenzt ist, deren Öffnungswinkel α den Rollbereich der Einrichtung definiert und begrenzt. Es ist weiterhin erfindungsgemäß, daß die Rolleinrichtung durch Anschläge und Leisten gegen ein Verdrehen, Verschieben und Ab heben gesichert ist.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung liegen insbesondere darin, daß weitgehend herkömmliche und damit bewährte sowie ko stengünstige Luftfedersysteme in Kombination mit der Rollein richtung eine definierte Gestaltung des Querfederverhaltens er möglichen. Durch Wahl des Radius R der Rolleinrichtung und des Rollbereiches kann einerseits die Größe der Querfedercharakte ristik und andererseits der Bereich der Beeinflussung den spe ziellen Anforderungen jedes Fahrzeuges einfach angepaßt werden. Die Lösung ist auch deshalb so vorteilhaft, weil ausschließlich in der gewünschten Richtung die positive Wirkung auftritt, ohne dabei die vertikale Feder- und horizontale Ausdrehcharakteri stik zu beeinflussen. Die geringe Bauhöhe der Einrichtung ge währleistet zudem den problemlosen Einsatz auch bei Laufwerken mit beschränkten Platzverhältnissen.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel nä her erläutert werden. Hierbei zeigen die Zeichnungen in

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Luftfedersystem mit einer Rolleinrichtung in Mittelstellung

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Luftfedersystem mit der Rolleinrichtung in Ausschlagsstellung

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Rolleinsichtung im Schnitt A-A nach Fig. 1.

Der Wagenkasten 1 stützt sich in nicht näher dargestellter, aber allgemein üblicher Anordnung über symmetrisch zur Lauf werkmitte angeordnete Luftfedersysteme 2 auf dem Laufwerk 3 ab. Dabei kann es sich sowohl um zwei als auch um mehrere Luftfe dersysteme 2 pro Laufwerk 3 handelt. Gemäß Fig. 1 besteht das Luftfedersystem 2 aus der Luftfeder 4, hier als Halbbalg vorge sehen, und der Gummizusatzfeder 5, hier als Konusfeder ausge führt. Der Halbbalg ist notwendig, weil neben der Querbewegung auch die Ausdrehbewegungen bei Bogenfahrten vom Balg aufgenom men werden müssen. Die Konusfeder wurde wegen der vergleichs weise großen vertikalen Elastizität bei vorhandener Knickstei figkeit ausgewählt. Unterhalb des Luftfedersystems 2 ist die Rolleinrichtung 6 angeordnet, deren Rollschneide 7 in Fahr zeuglängsrichtung ausgerichtet ist. Im einzelnen besteht die Rolleinrichtung 6 aus einer an der Gummizusatzfeder 5 befestig ten Rollplatte 8 und einer am Laufwerk 3 befindlichen ebenen Gegenlagerfläche 9. Die Rollschneide 7, mittig an der Rollplat te 8 ausgebildet, besitzt einen Radius R, der annähernd gleich oder größer der Höhe des Luftfedersystems 2 ist, wobei auch zur Erzeugung einer Progression dieser Radius mit zunehmendem Quer anschlag größer werden kann. Die spezielle Auslegung richtet sich nach der zu erreichenden Elastizität der Querfederung des Wagenkastens 1. Beiderseitig der Rollschneide 7 sind an der Rollplatte 8 ebene Flächen 10 unter einem Öffnungswinkel α an geordnet, die den Rollbereich der Abstützung definieren und be grenzen. Die Fig. 1 zeigt die gesamte Abstützung für den Fall eines stehenden Schienenfahrzeuges im geraden Gleis, das heißt, einer Belastung der Abstützung mit ausschließlich vertikalen Kräften. Dabei nehmen alle Bauteile ihre symmetrische Mittella ge ein.

Wirken während der Fahrt Seitenkräfte auf das Schienenfahrzeug ein, kommt es zwischen dem Wagenkasten 1 und dem Laufwerk 3 zu einer Seitenverschiebung Sy, die durch eine Verformung bezie hungsweise Bewegung der Luftfeder 4, der Gummizusatzfeder 5 und der Rolleinrichtung 6 hervorgerufen wird. Entsprechend der Aus bildung des Öffnungswinkels α wird beim Erreichen bestimmter Seitenkräfte die Bewegungsmöglichkeit der Rolleinrichtung 6 durch die ebenen Flächen 10 begrenzt. Die Seitenverschiebung Sy des Wagenkastens 1 sollte in diesem Fall ca. 25% des maximalen Weges betragen. Die weitere Querbewegung erfolgt jetzt nur noch durch das Luftfedersystem 2, eventuell in Verbindung mit weite ren elastischen Queranschlägen. Diese Situation ist in der Fig. 2 dargestellt. Durch eine derartige erfindungsgemäße Ausbildung der Abstützung kann bei kleinen Querbewegungen eine weiche Querfedercharakteristik mit einer sich daran anschließenden, definierten Progression erzielt werden. Im Betriebseinsatz ist zu gewährleisten, daß die Rolleinrichtung 6 in der beabsichtig ten Anordnung erhalten bleibt, wofür gemäß Fig. 3 die form schlüssige Ausbildung der Rollplatte 8 in Verbindung mit ent sprechenden Anschlägen 11 gegen Verdrehen und Verschieben ge wählt wurde. Eine zusätzliche Leiste 12 gewährleistet darüber hinaus auch die Sicherung gegen ein Abheben der Rollplatte 8.

Bezugszeichenliste

1 Wagenkasten
2 Luftfedersystem
3 Laufwerk
4 Luftfeder
5 Gummizusatzfeder
6 Rolleinrichtung
7 Rollschneide
8 Rollplatte
9 Gegenlagerfläche
10 ebene Flächen
11 Anschläge
12 Leisten
α Öffnungswinkel
Sy Seitenverschiebung
R wirksamer Radius

Claims

1. Abstützung von Schienenfahrzeugen mittels Luftfedersyste me, die jeweils aus einer Luftfeder sowie einer Zusatzfe der, vorzugsweise einer Gummizusatzfeder, bestehen und einzeln oder mehrfach zwischen dem Wagenkasten und den Laufwerken vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Luftfedersystem (2) und dem Laufwerk (3) ei ne Rolleinrichtung (6) mit quer zum Fahrzeug orientierter Rollrichtung angeordnet ist, deren wirksamer Radius R an nähernd gleich oder größer der Höhe des Luftfedersystems (2) ist und deren Rollbereich definiert begrenzt ist.

2. Abstützung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolleinrichtung (6) durch eine an der unteren Ab stützfläche des Luftfedersystems (2) oder daran befindli cher Elemente angeordneten Rollplatte (8) mit mittiger, gerundeter Rollschneide (7) und eine am Laufwerk (3) an gebrachten ebenen Gegenlagerfläche (9) gebildet ist.

3. Abstützung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollschneide (7) nach beiden Seiten von tangie renden ebenen Flächen (10) begrenzt ist, deren Öffnungs winkel α den Rollbereich der Einrichtung definiert und begrenzt.

4. Abstützung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolleinrichtung (6) durch Anschläge (11) und Leisten (12) gegen ein Verdrehen, Verschieben und Abheben gesi chert ist.