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Stabilisierungssystem für spurgeführte Fahrzeugverbände
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Stabilisierungssystem für spurgeführte
Fahrzeugverbände, insbesondere Hochgeschwindigkeits-Gliederzüge, mit jeweils zwischen
benachbarten Fahrzeug enden an diesen gelenkig angeordneten Mittelpufferkupplungen
und Schwingungsdämpfern.
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Es sind Mittelpufferkupplungen für Eisenbahngliederzü£e bekannt (DE-AS
20 15 016, DE-OS 29 49 677), die zur Stoßsicherung für Notfälle zusätzlich zu einer
Federeinheit ein progressiv wirkendes Stoßverzehrglied enthalten. Bei geringen Krafteinwirkungen
lassen derartige Nittelpufferkupplungen relativ roße Lonritudinalbewegungen zu,
die, weil sie nicht oder nur schwach gedämpft werden, den Fahrkonfort stark beeinträchtigen.
Ferner sind Stabilisierungseinrichtungen der eingangs erwähn-ten Art bekannt (DE-OS
29 32 314), bei denen zwischen den Fahrzeugenden beidseitig der Mittelpufferkutplung
hydraulische Schwingungsdämpfcr angeordnet sind, die bei Geradeausfahrt des Fahrzeugverbandes
gesperrt sind und eine bei Kurvenfahrt mit engerem Kurvenradius abnehmende Dämpfungscharakteristik
aufweisen, mit der Folge, daß bei Fahrt im geraden Gleis ein starrer Zugverband
entsteht und die dynamischen Longitudinalbelastungen ungefedert und ungedämpft zwischen
den Fahrzeugenden weitergegeben werden, während die Dämpfungswirkung der Schwingungsdämpfer
in für den Fahrkomfort ebenfalls nachteiliger Weise beim Burchfahren gebogener Gleisabschnitte
Schwankungen unterworfen ist. Hinzu kommt, daß dieses Stabilisierungssystem keine
zwängungsfreie gelenkige Verkoppelung der Fahrzeuge bietet, und die Hydraulikdämpfer
an den beiden Seiten jedes Fahrzeugendes bei einer Änderung der gegenseitigen Winkellage
der Fahrzeugenden
unterschiedliche Dämpfungskräfte erzeugen, die
sich in Form von Querkräften negativ auf das Laufverhalten der Fahrzeug-Radsätze
und/oder auf das Koppelsystem Fahrzeug/Fahrweikauswirken.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Stabilisierungssystem der eingangs
erwähnten Art so auszugestalten, daß die fahrkomfortmindfflnden, durch dynamische
Belastungen angeregten Longitudinalschwingungen im kritischen Arbeitsbereich relativ
geringer, über die Nittelpufferkupplung abgefederter Lasten gleichbleibend wirksam
und ohne Beeinträchtiglmg einer in Querrichtung zwängungsfreien gelenkigen Verkoppelung
der Bahrzeugenden gedämpft werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Stabilisierungssystem der eingangs
erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsdämpfer
jeweils zwischen den fahrzeugseitigen Anlenkpunkten der zugehörigen Mittelpufferkupplung
zu dieser parallel wirkend angeordnet und mit dem Fahrzeugende auf einer durch den
Anlenkpunkt der Mittelpufferkupplung verlaufenden vertikalen Fluchtlinie gelenkig
verbunden sind.
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Kit dem erfindungsgemäßen Stabilisierungssystem werden die aus den
dynamischen Belastungen resultierenden und sonst bei Abfederung in der Mittelpufferkupplung
höchst störende Schwingungserscheinungen im Fahrzeugverband erzeugenden Longitudinalbewegungen
unabhängig von ihrer Amplitude und unabhängig von der durchfahrenen Spur-oder Gleisgeometrie,
also sowohl bei Geradeausals auch bei Kurvenfahrten, gleichbleibend wirksam gedämpft
und in baulich einfacher Weise eine wesentliche Steigerung des Fahrkomforts dadurch
erzielt, daß die Arbeitsaufnahme im Bereich
vergleichsweise geringer,
zwischen den Fahrzeugenden wirksamer Zug-oder Druckkräfte gleichermaßen von der
Federeinheit der Mittelpufferkupplung wie von den passiv arbeitenden Schwingungsdämpfern
übernommen wird , mit der Besonderheit, daß aufgrund der speziellen Anlenkung des
Stabilisierungssystems an den Fahrzeugenden eine in seitlicher Richtung zwängungsfreie
gelenkige Verkoppelung der Fahrzeuge erhalten bleibt. Das erfindungsgemäße Stabilisierungssystem
eignet sich daher in hervoragender Weise für Hochgeschwindigkeits-Gliederzüge, wo
es darauf ankommt, die dynamischen Lonfitudinalbelastungen möglichst stoß-und zugleich
schwingungsarm und ohne störende Querkraftwirkungen zu absorbieren.
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Im Hinblick auf eine automatische Kuppelbarkeit des Stabilisierungssystems
enthält dieses gemäß Anspruch 2 vorzugsweise an jeder Kupplungshälfte der automatischen
Mittelpufferkupplungen jeweil-s einen zwischen dem Kupplungskopf und dem Fahrzeugende
wirkenden Schwingungsdämpfer, ist also bezüglich der Kuppelebene symmetrisch ausgebildet
und kann allein durch Betätigung der Nittelpufferkupplung zwischen den Fahrzeugenden
ent ruder verkoppelt werden.
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Zweckmäßigerweise verlaufen gemäß Anspruch 3 die.Mittellinie des Schwingungsdämpfers
und die der zugeordneten Kupplungshälfte schräg zueinander in einer gemeinsamen
Vertikalebene-, so daß auch Vertikalbewegungen zwischen den Fahrzeugenden vom Stabilisierungssystem
bedämpft und abgefedert werden.
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Damit auch sehr kleine, innerhalb des normalen Kupplungsspiels liegende
Longitudinalbewegungen vom Stabilisierungssystem erfaßt werden, sind gemäß Anspruch
4 zweckmäßigerweise beim Kuppelvorgang vorgespannte Polster wischen den Kupplungshälften
vorßresehen.
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Die auf die mittlere Arbeitsaufnahme der Federeinheit der ISittelpufferkupplung
abgestimmteDämpSlngswirkung der Schwingungsdämpfer wird in baulich einfacher und
zuverlässiger Weise gemäß Anspruch 5 durch doppelt-wirkende Hydraulikdämpfer erreicht,
die aus Gründen eines ilberlastungaschutzes ein parallel zur gedrosselten llydraulikverbindung
zwischen den Arbeitskainmern geschaltetes Sicherheitsventil aufweisen, das bei übermäßigen
btoBbelastungen, die über den Arbeitsaufnahmebereich der Federeinheit hinausgehen
und von der für den Notfall vorgesehenen Stoßverzehreinheit der Mittelpufferkupplung
aufgenormen werden , anspricht. Ebenfalls aus Gründen eines solchen Überlastungschutzes
werden die Schwingungsdämpfer gemäß den Ansprüchen 6 und 7 nach einem vorgegebenen
Einfahrhub durch Öffnen einer ungedrosselten Verbindung zwischen ihren Arbeitskammern
wirkungslos geschaltet.
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ICin weiterer, vorteilhafter Aspekt der Erfindung besteht gemäß Anspruch
8 schließlich darin, daß im Zuge der Schwingungsdämpfer Spreizzylinder angeordnet
werden, die beim Durchfahren enger Werkstattkurven zur Vergrößerung des Fahrzeugabstandes
aktiviert werden. Hierdurch ist es möglich, den Fahrzeugabstand auf das zum Durchfahren
aller normalerweise auf der Strecke auftretenden Gleisgeometrien erforderliche Minimum
zu reduzieren, was vor allem aus erodynamischen Gründen bedeutsam ist, und dennoch
problemlos durch entsprechend gesteuerte Spreizung des Fahrzeugverbandes auch enger
kurvige Gleisgeometrien im Werkstattbereich zu durchfahren.
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Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung
mit den Figuren beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1
eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung einer zwischen den Fahrzeugen
wirkenden Stabilisierungseinrichtung; und Fig. 2 eine ebenfalls schematische, escnnitteebarstellung
der Dämpfungs-und Spreiseinheit der Stabilisierungseinrichtung gemäß Fig. 1.
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Dasn Stabilisierungssystem enthält als Hauptbestandteile jeweils zwischen
den Fahrzeugenden A und angeordnete Mittelpufferlcupplungen 2 und hierzu parallel
geschaltete, mit ihren Mittelachsen in der gleichen Vertikalebene wie die Kupplungs-Mittelachse
liegende Schwingunggsdämpfer 4 in Form von Hydraulikdämpfern mit einer im Dämpfungsbereich
gleichbleibenden Dämpfungswirkung.
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Die Mittelpufferkupplungen 2 sind von üblicher auart; jede ihrer beiden
Kupplungshälften 6 ist über einen Anlenkpunkt 8 in Form eines in einem Elastomerspielfrei
verspannten Gelenks mit dem zugeordneten Fahrzeugende A bzw. B verbunden und mit
einer Federeinheit.10 und einer Stoßverzehreinheit 12 ausgestattet. Die Federeinheit
10 wird durch ein Ringfederpaket gebildet und ist so ausgelegt, daß die aus der
Fahrdynamik im Normalbetrieb resultierenden Zug-und Druckkräfte innerhalb eines
Federhubs Cl bzw. C2 über-tragen werden. Darüberhinausgehende Druckkräfte, also
insbesondere Auffahrstöße im Notfall, werden von den Stoßverzehreinheiten 12 absorbiert,
die als wartungsfreie , wieder verwendbare. Blastomerpuffer mit einem maximalen
Einfahrhub C3 ausgebildet sind.
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Bei einem typischen Ausführungsbeispiel sind die Federeinheite 10
für Zug-und Druckbelastungen bis zu 500 kN ausgelegt, und der maximale Federhub
C1 und C2 beträgt jeweils 12, 5 mm. Die
Stoßverzehreinheiten 12
werden bei Stoßkräften zwischen 500 bis zu 1 500 kN wirksam, ihr maximaler Einfahrhub
C3 beträgt jeweils 138 mm, die maximale Dämpfungsarbeit liegt ir(i. 250 kJ. Der
Gelenkabstand der Mittelpufferkupplung 2 zwischen den Anlenkpunkten 8 liegt bei
2 050 + 25 bzw. -301 mm. Auf den Kupplungshälften 6 können (nicht gezeigte) Bleche
als Auflage für eine Übergangseinrichtung zwischen den Wagenenden A, B angebracht
werden.
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i)ie Schwingungsdämpfer 4 sind einerseits über einen Anlenkpunkt 14
mit dem Kupplungskopf 16 der zugeordneten Kuppdungshälfte 6 verbunden, und andererseits
über einen Anlenkpunkt 18 in orm eines wiederum über ein Elastomer spielfrei und
stoßabsorbierend ausgebildeten Gelenks am Fahrzeugende A bzw. B verankert. Die fahrzeugseitigen
Anlenkpunkte 8, 18 der Kupplungsh?tlften (j und der zugeordneten Schwingungsdämpfer
4 liegen jeweils auf einer vertikalen Fluchtlinie, so daß die Schwingungsdämpfer
4 sich nicht; störend auf die in Querrichtung zwängungsfreie gelenkige Verkoppelung
der Fahrzeugenden A, B innerhalb les erforderlichen Schwenkbereichs auswirken. Die
fahrzeugseitigen Gelenkteile der Anlenkpunkte 8 und 18 sind jeweils auf einer gemeinsamen,
am Fahrzeugende A bzw. B befestigten Verstärkungsplatte 20 montier-t, und zur Spielfreihaltung
des Stabilisierungssystems in der Kuppelebene dienen an den Kupplungskopfen 16 angeordnete,
beim Kuppelvorgang verspannte Elastomerpolster 22.
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Wie Fig. 2 im einzelnen zeigt, sind die Schwingungsdämpfer 4 als doppelt-wirkende
Hydraulikdämpfer ausgebildet, deren Arbeitskarirnern 24, 26 über eine Drosselstelle
28 miteinander verbunden sind. Parallel zur Drosselstelle 28 ist ein Sicherheitsventil
30 geschaltet, das sich aus Gründen eines Überlastungsschutzes des
Schwingungsdämpfers
4 oberhalb einer vorgebenen Druckdifferenz zwischen den Arbeitskammern 24 und 2G
öffnet.
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der wirksame Dämpfungshub der Schwingungsdämpfer 4 entspricht dem
Zug-und Druckhub C1 und C2 der Federeinheit 10, beträgt bei dem erwähnten Zahlenbeispiel
also wiederum jeweils 12,5 mm. Bei Üterschreiten der Hubstrecke C2, also beim Ansprechen
der Stoßverzehreinheit 12, werden die Arbeitskammern 24, 26 über eine ungedrosselte,
bis dahin wirkungslose, dann aber beidseitig des Dämpferkolbens 34 miinuende hydraulikverbindung
2 kurzgeschlossen, so daß der Dämpfer 4 auf einer dem Arbeitsbereich der Stoßverzehreicheit
12 entsprechenaen Hubstrecke 03 frei geschaltet wird. Der Schwingungsdämpfer 4 garantiert
somit innerhalb des Arbeitsbereichs der Federeinlage- und richtungs/ heit 10 eine
geschwindigkeitsabhängige, aber -@nabhängige Dämpfung der Longitudinalschwingungen
zwischen den Fahrseugenden A, B. Die maximale Dämpfungskraft entspricht der J.lit
tleren Federkraft der Federeinheit 10 im Bereich des Federhubs öl bzw. 02, d.h.
der Dämpfer 4 kann eine Kraft von maximal i 150 kt bis i 350 kN aufnehmen.
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Zu dem Dämpfer 4 in Reihe geschaltet und mit diesem zu einer integralen
Baueinheit; verbunden ist ein aktiv ansteuerbarer, hydraulischer Spreizzylinder
36, dessen Arbeitskolben 38 an der Kolbenstange 40 des Hydraulikdämpfers 4 befestigt
ist. Durch diesen Spreizzylinder 36 kann der Dämpfer 4 und die Mittelpufferkupplung
2 zwangsweise in die maximale Ausfahrlage, also bis zum Ende der Hubstrecke Cl entgegen
der Kraft der Federeinheit 10 gespreizt und somit der Fahrzeugabstand beim Durchfahren
enger Werkstattkurven vergrößert werden, während der Spreizzylinder 36 auf normalen
Strecken wirkungslos rreschaltet ist, wodurch es möglich wird, auf diesen Strecken
den minimal
erforderlichen Fahrzeugabstand einzuhalten und eine
außenhautbündige, aerodynamische, wirtschaftlich arbeitende Verkleidung der Fahrzeuge
vorzusehen.
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Aktiviert wird der Spreizzylinder 36 durch einen hydraulischen Druckerzeuger
42 mit einem federnd in die Rückhublage gedrückten Hydraulikkolben 44, in der der
Kolben 44 eine die Arbeitskammern 46, 48 des Spreizzylinders 36 miteinander verbindende
Ilydraulikleitung 50, in deren ;uge ein hydraulischer Ausgleichsbehälter 52 angeordnet
ist, freischaltet, so daß der Arbeitskolben 38 in der Rückhublage des Hydraulikkolbens
44 ungehindert verschiebbar ist. Wenn sich jedoch beim Durchfahren einer engen Kurve,
etwa im Werkstattbereich, die Fahrzeugenden A, B seitlich zu stark nähern, wird
der Hydraulikkolben 44 entweder auf mechanische Weise durch ein entsprechendes Gestange
oder -wie gezeigt- durch ein Druckluft-Steuerventil 54 betätigt, das z.B.oberhalb
eines vorgegebenen AusschlaÓwinkels der Mittelpufferkupplung 2 anspricht und dann
von der in Fig. 2 gezeigten Ruhestellung, in der die Druckluftkammer 55 des Druckerzeugers
42 ins Freie entlüftet ist, in die Arbeitsstellung umgeschaltet. wird, in der die
Druckluftkammer 56 mit einer Druckluftleitung 58 in Verbindung gebracht wird. Beim
Arbeitshub unterbricht der Hydraulikkolben 44 zunächst die Mydraulikverbindung zwischen
den Arbeitskammern 46, 48 iiber die Hydraulikleitung 50 und verdrängt anschließend
das Hydraulikmittel aus der Hydraulikkammer 60 in die Arbeitskammer 48, so daß der
Spreizzylinder 36 und der iiydraulikdämpfer 4 zwangsweise in die maximale Ausfahrlage
verstellt und die Mittelpufferkupplung 2 entgegen der Kraft der Federeinheit 10
unter entsprechender Vergrößerung des Fahrzeugabstands um die Hublänge Cl gespreizt
wird.
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L e e r s e i t e