DE2107073C3 - Gasfederung für Schienenfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasfederung für Schienenfahrzeuge, bei der unmittelbar zwischen Wagenkasten und Laufwerkrahmen Gasfederbälge sowie diesen zugeordnete Notabstützungen angebracht sind, wobei der Wagenkasten durch ein mittig zwischen den im Bereich der Laufwerklangträger eingebauten Gasfederbälgen angeordnetes Drehgelenk mit dem Laufwerkrahmen verbunden ist, durch welches das Laufwerk gegenüber dem Wagenkasten um die z- und die x-Achse verschwenkbar sowie in Richtung der y-Achse schwingbar ist

Es ist im Fahrzeugbau und insbesondere im Schienenfahrzeugbau bereits bekannt, den Wagenkasten dieser Fahrzeuge über Gasfederbälge auf den Rahmen von Drehgestellen abzustützen Ui.d diese Gasfederbälge als freie, torusförmige Bälge auszubilden. Die Wülste dieser Bälge weisen voneinander unterschiedliche Durchmesser auf, wobei die Wülste an ebenfalls unterschiedliche Durchmesser aufweisenden Felgen eingespannt sind. Die Felgen sind hierbei mit den abzustützenden Fahrzeugteilen fest verbunden; die größere Felge ist vorzugsweise mit dem Wagenkasten, die kleinere über einen, das freie Federspiel des Balges in lotrechter Richtung ermöglichenden zylindrischen Körper mit dem Drehgestellrahmen verbunden. Um das Federspiel der Gasfederbälge in lotrechter Richtung zu begrenzen sowie bei drucklosen Bälgen eine Mindestfederung sicherzustellen, ist am oberen Ende des zylindrischen Körpers eine Notfeder, manchmal auch Notabstützung genannt, angebracht Die Notftder ist hier als Gummifeder ausgebildet und an ihrem in ίο Richtung der größeren Felge weisenden Ende mit einer Anschlagplatte versehen, deren Durchmesser wesentlich kleiner als die lichte öffnung der kleineren Felge ist Diese Anschlagplatte wird derart angebracht, daß zwischen ihr und der zugehörigen Fläche innerhalb der größeren Felge noch so viel freie Höhe verbleibt, wie für das gesamte zulässige Federspiel einschließlich eines kleinen Sicherheitszuschlages erforderlich ist Die freie Höhe zwischen der Anschlagplatte und der Gegenfläche am Wagenkasten kann trotz unterschiedlicher Zuladung dadurch konstant gehalten werden, daß der Federbalg je nach Belastung des Wagenkastens mit mehr oder weniger Gas gefüllt wird. Bei bestimmten Anwendungen der bekannten Federung, beispielsweise mit gleisbogenabhängiger Wagenkasten-Neigungs-Steuerung, wird es jedoch als störend empfunden, daß die Höhenlage der erwähnten Anschlagplatte wegen zwingender wagenbaulicher Vorschriften, wie Innehal tung der Grenzmaße für die Kupplungshöhe, nicht so gewählt werden kann, wie es der besondere Anwendungsfall an sich als wünschenswert erscheinen läßt (DT-AS 12 07 420).

Es ist auch schon eine Gasfederung für ein zweiachsiges (also drehgestelloses) Schienenfahrzeug beschrieben worden, bei der zwischen jedem seitlich vorgesehenen Gasfederbalg in Richtung zur lotrechten Fahrzeug-Längsmittelebene je eine Notabstützung skizziert ist, die das maximale Federspiel begrenzt Der gleichen Schrifttumsstelle ist entnehmbar, daß bei der beschriebenen Gasfederung deren weiche Charakteristik wegen zu großer Fliehkraftneigung und Tendenz zum Wagenkasten-Wanken noch als problematisch angesehen wurde (Zeitschrift »Glasers Annalen«, 85 [1963], Heft 3, S. 81. Bild 20, S. 89, rechte Spalte, letzter Absatz, sowie S. 90, linke Spalte, erster Absatz).

Ferner ist ein Schwanenhalsträger-Drehgesteil bekannt dessen erste und zweite Federung aus Gasfederbälgen (Wulstbälgen) besteht Es ist hier zwar dafür Sorge getragen, daß bei Druckloswerden der Gasfederbälge die betroffenen Fahrzeugteile sich ungefedert gegeneinander abstützen. In einem derartigen Notfalle kann das betroffene Fahrzeug aber lediglich noch mit äußerst verminderter Geschwindigkeit die Strecke räumen (DT-AS 10 84 291, Spalte 3, Zeilen 53 bis 70, Fig 6 und 7).

Es ist bei Schienenfahrzeugen außerdem eine Abfederung bekannt, die aus einer Kombination einer Stahlschraubenfeder mit einer Gasfeder für die Abstützung des Wagenkastens auf dem Drehgestell besteht Bei dieser bekannten Federung sind auf der Drehgestellwiege in den Schnittpunkten eines zum Drehpunkt des Drehgestelles konzentrischen Teilkreises mit der lotrechten Drehgestellmittelquerebene je ein Mehrfalten-Torusbalg und in den Schnittpunkten eines kleineren Teilkreises mit der gleichen Querebene je eine Stahlschraubenfeder angeordnet. Hierbei wird die Auflast des leeren Wagenkastens nahezu ausschließlich über die Schraubenfedern auf das Drehgestell übertragen, während die Gasfederbälge entsprechend

A& Belastung im Wagen mehr oder weniger mit Druckluft gefüllt sind. Es wird bei dieser bekannten federung das ständige parallel Geschaltetsein von gjahl- und Gasfederung deswegen als störend empfun den, weil die Erfahrung gelehrt hat, daß die Gasfederung Jwnsichtlich der Laufgüte nur dann optimal arbeitet, wenn die Wirkung des federnden Gasvolumens möglichst wenig von anderen federnden Mitteln beeinflußt wird (Zeitschrift: »Railway Gazette« vom 20. März 1970, Anzeigenseiten 8 und 9). ,

SchlieSüch ist eine federnde Notabstützung für ein gasgefedertes Drehgestell von Schienenfahrzeugen bekannt, bei dem auf je einen, zwischen Drehgestell-Hauptquerträger und Wagenkasten gelenkig angebrachten, von Drehgestellmitte seitwärts weisenden Hebel von einem Fahrzeugteil her mit kürzerem Hebelarm eine Stahlschraubenfeder und vom anderen Fahrzeugteil her mit längerem Hebelarm eine Glasfedejrung (eingeschnürter Faltenbalg) wirkt Die maximalen Wege beider Federn sind jeweils durch in ihrer Wirkrichtung liegende harte Anschläge begrenzt. Diese Notfederung wirkt nach Ausfail der Gasfederung, wobei das in den USA gültige Kupplungshöhenspiel von 2" = 50,8 mm gewährleistet ist. Ein Neigen des Wagenkastens beim schnellen Durchfahren von Strek- 2s kenkurven, wie dies bei Anwendung der gleisbogenabhängigen Gasfedersteuerung erwünscht ist, wird durch die bekannte Notabstützung nicht ermöglicht (DT-OS 16 05 052).

Mit den bekannten Gasfederungen ist eine mehr oder weniger befriedigende Fahrt auf geraden Strecken bzw. auch in weiten Kurven, die mit unverminderter Geschwindigkeit durchfahren werden, möglich. Zumindestens eine bekannte Gasfederung ist auch für Hochgeschwindigkeitsfahrzeuge geeignet. Mit dem Bemühen um Steigerung der spezifischen Höchstgeschwindigkeit im Gleisbogen (Zeitschrift »Glasers Annalen«, 89 [1965], Heft 7, S. 271 bis 278) ergab sich jedoch u. a. das Problem, daß die bekannte gefederte Notabstützung (z.B. nach DT-AS 12 07 420) dem erforderlichen Wagenkastenneigen bei Fahrt durch enge Gleiskurven insofern Grenzen setzte, als die auf Bogeninnenseite liegende Notabstützung nach verhältnismäßig geringfügigem Neigen des Wagenkastens zum Tragen kam, wodurch die Gasfederung auf dieser Seite ausgeschaltet war. Um diesem Übelstand abzuhelfen, hätte im bogenäußeren Balg der Druck so stark erhöht werden müssen, daß der gewünschte Neigungswinkel ohne ein bogeninnenseitiges Aufsetzen der Notfederung sich einstellte. Ein derartiges Vorgehen würde aber u. a. zu sehr starker Balgbeanspruchung auf Bogenaußenseite und übergroßem Druckluftverbrauch führen.

Demnach liegt der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Gasfederungen dahingehend zu verbessern, daß die Gasfederung bei Kurvenfahrt im Normalbetrieb und im Betrieb mit eingeschalteter gleichbogenabhängiger Steuerung unter Beibehaltung eines großen Federweges vertikal möglichst frei spielen kann, ohne die zur Notabstützung dienende zusätzliche federnde Abstüt- 6c zung zu berühren, daß aber bei Druckloswerden der Gasfederbälge der Wagenkasten nach Überwinden eines möglichst kleinen, lotrechten freien Weges über die Notabstützung gefedert auf dem Laufwerkrahmen abgestützt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Gasfederung der eingangs genannten Art durch die Kombination der teilweise für sich bekannten Merkmale gelöst, daß die

federnden Notabstützungeu einerseits zwischen den Gasfederbälgen und dem Drehgelenk, andererseits unmittelbar zwischen dem Wagenkasten und dem Rahmen des Laufwerkes eingebaut sind, daß die federnde Notabstützung zwischen diesen beiden Teilen einen freien Spalt aufweist und daß der Abstand jeder federnden Notabstützung vom Drehgelenk so bemessen ist, daß der vertikale Federweg des Gasfederbalges bei um die *-Achse verschwenktem Wagenkasten größer ist als der freie Spalt

Diese Lösung beinhaltet u. a. folgende V01 teile:

Die in Kurven fahrbaren Höchstgeschwindigkeiten sind um etwa 25% größer.

Mit Hilfe des Gegenstandes der Erfindung ist es möglich, die Grenzmaße für die Kupplungshöhe auch dann einzuhalten, wenn die Notabstützung in Verbindung mit einer gleisbogenabhängigen Steuerung der Gasfederung eingesetzt wird.

Durch die von der Gasfeder getrennte Anordnung der Notabstützung kann diese freizügiger als bei Anordnung innerhalb des Gasfederbalges und mit optimaler Charakteristik gestaltet werden.

Zudem wird die Entgleisungssicherheit eines mit drucklosen Bälgen fahrenden Wagens in den Fällen erhöht wenn die Aufstandspunkte der Räder nicht in einer Ebene liegen, wie dies beispielsweise in Übergangsrampen oder bei Gleisverwerfungen verkommt.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Notabstützungen auf der gleichen lotrechten Quermittelebene durch den Drehpunkt, wie die Gasfederbälge, jedoch neben diesen liegen. Hierdurch wird eine besonders gedrängte Bauweise des Drehgestelles ermöglicht.

Nach anderen Ausgestaltungen der Erfindung liegen die federnden Notabstützungen auf einer die lotrechte Quermittelebene durch den Drehpunkt schneidenden Geraden; sie können auch auf einer zur lotrechten Quermittelebene parallelen Geraden liegen. Diese letztgenannten Anordnungsarten sind dann vorteilhaft, wenn im Drehgestell zwischen den Gasfederbälgen und dem Drehpunkt nicht genügend Platz zur Unterbringung der erfindungsgemäß ausgebildeten federnden Notabstützungen verbleibt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 die Federung mit Anordnung der federnden Notabstützung zwischen den Gasfederbälgen und dem Drehpunkt eines Drehgestelles, ohne Wagenkasten,

F i g. 2 eine Seitenansicht der Notabstützung und des Gasfederbalges in einem vergrößerten Ausschnitt aus F i g. 1, teilweise geschnitten, und

Fig.3 ein Wirkungsschema der Federung gemäß Fig. 1 und 2.

Die Federung besteht für jede Drehgestellseite aus einem torusförmigen Gasfederbalg 1, der mit seinen Wulsten an je einer Felge unterschiedlichen Durchmessers eingeklemmt ist, wobei die eine dieser Felgen, beispielsweise die größere Felge, direkt am einen der abzustützenden Fahrzeugteile und die andere — in diesem Beispiel mit kleinerem Durchmesser — über einen mit dieser Felge und dem anderen, abzustützenden Fahrzeugteil in bekannter Weise über einen Stützkörper 2 verbunden ist. Dem im Balg eingeschlossenen Gasvolumen kann ein im Wagenkasten oder im Laufwerk untergebrachtes Zusatzvolumen zugeschaltet sein. Zwischen der lotrechten Quermittelachse des Gasfederbalges 1 und dem Drehpunkt 4 des Laufwerkes 8 ist jede federnde Notabstützung 3 in der Art

angebracht, daß zwischen ihr und dem zugehörigen Teil des Wagenkastens 6 bei gefüllten Gasfederbälgen 1 und normal eingeregelter Höhenlage des Wagenkastens 6 ein freier Fangweg c verbleibt, der so bemessen ist, daß bei geneigtem Wagenkasten weite vertikale Federwege tfder Gasfederbälge 1 ermöglicht werden. Die federnde Notabstützung 3 ist hierbei als eine an sich bekannte Gummiblockfeder 5 ausgeführt, sie kann aber auch als hier nicht dargestellte, progressiv wirkende Gummihohlfeder oder auch als Metallfeder, beispielsweise als Schrauben- oder Tellerfeder, ausgebildet sein. Der Druck in den Gasfederbälgen 1 wird in bekannter Weise eingeregelt, wobei zusätzlich zu dieser Grund-Regeleinrichtung eine Vorrichtung zur gleisbogenabhängigen Neigung des Wagenkastens 6 vorgesehen sein kann. Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 sind die Radsätze 7 des Drehgestelles 8 in diesem angeordnet und in bekannter Weise mittels Achslagern, Achsführungen und Achsfedern geführt Der hier nicht dargestellte Wagenkasten 6 ist in der lotrechten Quermittelebene I-I des Drehgestelles auf dessen Seitenträgern 9 über die Gasfederbälge 1 abgestützt, wobei jedem der beiden Seitenträger 9 mindestens ein Gasfederbalg 1 zugeordnet ist. Die Gasfederbälge sind hierbei auf einem die senkrechten Mittelachsen der Gasfederbälge 1 tangierenden Basis-Teilkreis K1 vorgesehen. Auf einem anderen, konzentrischen Teilkreis K 2 mit kleinerem Durchmesser als bei vorgenanntem Basis-Teilkreis K 1 ist den Gasfederbälgen 1 jedes Seitenträgers 9 die federnde Notabstützung 3 zugeordnet. Nach diesem Ausführungsbeispiel liegen die federnden Notabstützungen 3 auf der gleichen Quermittelebene I-I durch den Drehpunkt 4 wie die Gasfederbälge 1, jedoch neben diesen. Die Übertragung der Antriebs- und Bremskräfte erfolgt zwischen Laufwerk 8 und Wagenkasten 6 über den Drehpunkt 4. Der Drehpunkt 4 ist, wie bei wiegenlosen Drehgestellen an sich bekannt, in Fahrzeuglängsrichtung wenig, in Fahrzeugquerrichtung hingegen stärker horizontal nachgiebig ausgebildet.

Wie in Fig.2 ausführlicher dargestellt, besteht die federnde Notabstützung 3 aus dem am einen der gegeneinander abzufedernden Fahrzeugteile angebrachten federnden Körper (Gummiblockfeder 5) und dem am anderen Fahrzeugteil angebrachten Anschlagteil 10. Hierbei ist das Anschlagteil 10 so ausgebildet, daß der erwünschte Fangweg c sich leicht einjustieren läßt was beispielsweise durch hier nicht dargestellte Beilagen erfolgen kann. An seinem dem Anschlagteil 10 zugewandten Ende hat der federnde Körper eine Gleitplatte 11, beispielsweise aus selbstschmierendem Material. Air gleichen Ende befindet sich eine Anschlagplatte 12, die so ausgebildet ist, daß sie durch Anliegen an dem Notstützkörper 13 das Spiel des federnden Körpers in vertikaler und horizontaler Richtung begrenzt Hierbei kann durch geeignete Formgebung des Anschlagringes 14 oder durch hier anbringbare, jedoch nicht dargestellte Beilagen der Spalt zwischen Anschlagplatte 12 und -ring 14 und Notstützkörpe- 13 in Fahrzeuglängs- und -querrichtung unterschiedlich ausgebildet werden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die federnde Notabstützung 3 an dem Hauptquerträger 15 des Laufwerkes 8 angebracht, an dem auch der elastisch geführte Drehpunkt 4 des Drehgestelles angeordnet ist. Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, die federnden Notabstützungen 3 am Wagenkasten 6 und die zugeordneten Abstützteile 10 am Laufwerk 8 anzubringen.

Weitere Ausführungsbeispiele bestehen darin, die federnden Notabstützungen 3 auf einer die lotrechte Quermittelebene 1-1 durch den Drehpunkt 4 schneidenden Geraden I I-I I in deren lotrechten Schnittlinien mit dem Teilkreis K 2 oder aber auf einer zur lotrechten Quermittelebene I-I parallelen Geraden HI-III anzuordnen. Diese Ausgestaltungen gestatten dem Konstrukteur größere Freizügigkeit bei der Anordnung im Drehgestell auch unter schwierigen räumlichen Bedingungen.

Aus F i g. 3 ist die Wirkungsweise der Federung ersichtlich. Es bezeichnet a den Durchmesser des Basis-Teilkreises K1 und b den Durchmesser des Innenteilkreises K 2, cden freien Fangweg zwischen der Aufsetzfläche 16 und der Gleitplatte 11 sowie d den maximalen freien Federweg der Gasfederbälge 1 in vertikaler Richtung aus der Nullage bis zum Aufsetzen auf den Stützkörper 2. Es ist bekannt, daß die Gasfeder dann optimale Laufeigenschaften ergibt, wenn allein das Gasvolumen federt; der Gasfederbalg 1 soll somit möglichst wenig, andere federnde Teile überhaupt nicht Einfluß auf die normale Betriebsfederung haben. Von der Normallage aus gerechnet, die bei leerem und vollbeladenem Fahrzeug durch die Kegeleinrichtung nahezu konstant gehalten wird, ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein freier Fangweg c von etwa 40 mm erforderlich. Die Größe des erforderlichen freien Spaltes c ist unabhängig davon, ob die federnde Notabstützung auf dem Basis-Teilkreis K 1 oder auf dem Innenteilkreis K 2 liegt. Im Hinblick auf einen befriedigenden Fahrzeugverlauf bei drucklosem Gasfederbälgen 1 wird für die federnde Notabstützung 3 ein Federspiel e von etwa 35 mm als notwendig erachtet, das zwischen den Anschlagplatten 12 und dem Notstützkörper 13 vorgesehen ist. Berücksichtigt man ferner, daß gemäß EBO das Kupplungshöhenspie! maximal 125 mm beträgt, wovon auch bei Ausgleich der Radreifenabnützung durch konstruktive Maßnahmen für die Federung bei den Radlagern nochmals etwa 20 mm abzuziehen sind, dann verbleiben unzureichende, für die gleisbogenähnliche Neigung α des Wagenkastens 6 gegenüber dem Laufwerk 8 ausnutzbare Spiele Erwünscht wäre, bezogen auf den Basisteilkreis K 1, ein Steuerweg /"von ±80 mm. Im Basisteilkreis Ki ergibt sich somit ein Gesamtweg

c + e + f= 40 + 35 + 80= 155 mm

dieser übersteigt den maximal zulässigen Wert Ordnet man hingegen die federnde Notabstützung 3 auf einen· kleineneren Teilkreis K 2 an, dann wird unter dei Annahme, daß der Durchmesser des Innenteilkreise! K 2 beispielsweise b = '/2 · a ist, der Steuerweg bezögen auf K 2, g = 'it · /' um den gleichen Neigung* winkel « zu erreichen. Es gilt nunmehr folgende« Federspiel:

c + e + g =* 40 + 35 + 40 =115 mm.

Der Gesamtfederweg verbleibt somit innerhalb dei

zulässigen Grenzen.
Bei Fahrt mit drucklosen Gasfedern erhöht wie ar

sich bekannt, die Verringerung der Abstützbasis dei federnden Notabstützung 3 auf den Innenteilkreis K', bei sonst gleicher Federcharakteristik die Entgleisungs sicherheit

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Gasfederung für Schienenfahrzeuge, bei der unmittelbar zwischen Wagenkasten und Laufwerkrahmen Gasfederbälge sowie diesen zugeordnete Notabstützungen angebracht sind, wobei der Wagenkasten durch ein mittig zwischen den im Bereich der Laufwerklangträger eingebauten Gasfederbälgen angeordnetes Drehgelenk mit dem Laufwerkrahihen verbunden ist, durch welches das Laufwerk gegenüber dem Wagenkasten um die z- und die x-Achse verschwenkbar sowie in Richtung der .y-Achse schwingbar ist, gekennzeichnet durch die Kombination der teilweise für sich bekannten Merkmale, daß die federnden Notabstützungen (3) einerseits zwischen den Gasfederbälgen (1) und dem Drehgelenk (Drehpunkt 4), andererseits unmittelbar zwischen dem Wagenkasten (6) und dem Rahmen (Seitenträger 9 und Hauptquerträger 15) des Laufwerkes (8) eingebaut sind, daß die federnde Notabstützung (3) zwischen diesen beiden Teilen (6 und 8) einen freien Spalt (c) aufweist und daß der Abstand (bl2) jeder federnden Notabstützung (3) vom Drehgelenk so bemessen ist, daß der vertikale Federweg (d) des Gasfederbalges (1) bei um die x-Achse verschwenktem Wagenkasten (6) größer ist als der freie Spalt (c).

2. Gasfederung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Notabstützungen (3) auf der gleichen lotrechten Quermittelebene (M) durch den Drehpunkt (4) wie die Gasfederbälge (1), jedoch neben diesen liegen.

3. Gasfederung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Notabstützungen (3) auf einer die lotrechte Quermittelebene (M) durch den Drehpunkt (4) schneidenden Geraden (IMI) liegen.

4. Gasfederung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die federnden Notabstützungen (3) auf einer zur lotrechten Quermittelebene (M) parallelen Geraden (IIMIl) liegen.