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Anordnung für gewölbte Kohlescleifstileke.
Gewölbte Kohleschleifbügel aus Segmenten oder einem Stuck sind an sich bekannt, die Kohle lagert dabei in einer Metallarmatur, welche das SchleifstÜck von aussen umfasst. Neuerdings sind auch innen gefasste Kohleschleifbügel bekanntgeworden, welche eine grosse Stabilität gegenüber den bisherigen
Anordnungen aufweisen. Auf der ganzen Schleiflänge tritt hier keinerlei Metall zutage. Bei Schnell- bahnbetrieb, für welchen ja vornehmlich der gewölbte Kohlebügel in Betracht kommt, treten nun häufig ausserordentliche Beanspruchungen des Schleifstuckes auf, welche dazu führen können, die Kohle durchzu- biegen und zu brechen, wodurch der Fahrbetrieb sehr gefährdet werden kann, da unter Umständen die
Oberleitung heruntergerissen wird.
Die erfindungsgemässe Anordnung verhindert mm in weitestgehendem Masse die Möglichkeit einer
Durchbiegung des Kohleschleifstückes, somit wird auch die Bruehgefahr ausserhalb des Bereiches der
Möglichkeit gerückt, denn gegen Druck ist Kohle ausserordentlich widerstandsfähig.
Die Zeichnungen stellen schematisch die Auswirkungen der auftretenden Kräfte und deren Un- schädlichmachung dar. Fig. 1 zeigt ein gewölbtes, innen gefasstes Kohleschleifstück mit Endstücken,
Hilfsarmatur und den beiden angedeuteten Auflaufhörnern. Fig. 2 zeigt ein Endstück in starker Ver- grösserung mit den in ihm auftretenden Beanspruchungen. Fig. 3 zeigt nochmals schematisch die im Lagerpunkt angreifenden Drehmomente. Fig. 4,5 und 6 zeigen drei weitere Möglichkeiten, die Kräftewirkungen zu kompensieren. Fig. 7-11 zeigen besondere praktische Anwendungsfälle zu den Schemen der Fig. 4 und 5. Fig. 12 stellt ein innen gefasstes Kohlesehleifstück im Querschnitt und Längsschnitt dar, bei dem die Trägerarmatur eingepresst ist.
Fig. 13 dieselbe Anordnung, jedoch mit eingesehobener und ausgegossener Trägerarmatur. Fig. 14 zeigt ein aussen gefasstes Kohleschleifstück, bei dem die Kohle in die Armatur eingepresst ist. Fig. 15 dieselbe Anordnung, jedoch mit aufgeschobener Kohle und ausgegossenen Zwischenräumen zwischen Kohle und Armatur.
In Fig. 1 und 2 ist a das gewölbte Kohleschleifstück, b die innere Trägerarmatur mit Schwerpunktachse Si mit d sind die beiden Endstücke bezeichnet, mit e die Lagerachse für die Tragzapfen e' (vgl.
Fig. 7) des Auflaufhorns f und mit g die Büchse für die Verbindungsstange A.
Bei den bisher bekannten innen gefassten Dreikantkohleschleifstücken gerader Form, z. B. nach D. R. P. 369012, war beidseitig eine Hilfsarmatur aufgeschraubt, die ihrerseits, um die Drehung des Schleifstücks zu ermöglichen, in einer zweiten Armatur drehbar gelagert war und dieser Armaturteil war wieder auf dem Endstück schwenkbar gelagert. Die beidseitig angeordneten Endstücke waren zur Erhöhung der Stabilität durch eine Verbindungsstange, die an einer unten hervorstehenden Nase des Endstückes angriff und lediglich als Verstärkungsstange diente, verbunden.
Die neuen gewölbten Kohleschleifbiigel werden, da das Kohlesehleifstüek gegenüber den Enden nicht verdreht zu werden braucht, unmittelbar mit diesen fest verbunden. Als zweckmässigste Verbindungsart hat sich gegenüber dem Aufkeilen und Aufschrumpfen die direkte Verschraubung des im Innern der Kohle liegenden Stahlrohres b mittels des Gewindezapfens c erwiesen.
Trotzdem die beiden Endstücke bereits fest mit der Kohle durch c verschraubt sind, werden sie
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Bügel sich durchbiegen und die Kohle so brechen kann. Die Anordnung der Lagerungen ist nun nach verschiedenen Gesichtspunkten möglich, einmal nach der bereits beschriebenen Weise, wie sie in Fig. 3
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in 0 dem Lagerpunkt, die Biegungskraft B=P2 mit dem Hebelarm y in reehtsdrehendem Sinn, die Zugkraft = ? s mit dem Hebelarm z in linksdrehendem Sinn ; es müssen also die beiden linksdrehenden Momente das rechtsdrehende kompensieren, wenn der Bügel starr bleiben soll.
Eine andere Möglichkeit zeigt Fig. 4. Hier geht die Schubkraft P1 durch den Lagerpunkt 0, hat also kein Drehmoment ; die beiden Kräfte P 2 und Pg sind in ihren Drehmomenten entgegengesetzt und müssen gleich gross sein oder bei Fig. 5 geht die Zugkraft ? ; durch 0 und die Drehmomente von Pi und P2 sind entgegengesetzt und müssen sich aufheben. Der günstigste Fall ist in Fig. 6 dargestellt. Die grösste Kraft, die Biegungskraft P2, hat kein Drehmoment, die beiden andern Kräfte P1 und Pg sind beide linksdrehend, wirken also der Biegung noch entgegen. Versuche haben ergeben, dass das hier in geringem Masse auftretende Drehmoment nach links durch das Auflaufhorn f abgefangen und kompensiert wird.
Alle angeführten Beispiele ergeben ein sehr widerstandsfähiges, gegen höchste Beanspruchungen gewachsenes Schleifstück, da mit dem Fallen der Durchbiegungsmöglichkeit das gewölbte Sehleifstück nur noch auf den Druck beansprucht wird. Jede Gefahr für die Oberleitung ist damit beseitigt.
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deutung. Anfänglich wurde nämlich die aus der Praxis mit dem oben genannten geraden Kohleschleif- stück nach. dem D. R.
P. 369012 bekannte Verbindungsstange unterhalb des Bügels beibehalten, doch zeigte sich bald, dass durch das Verspannen und Verschrauben dieser Stange, da sie auch an eine vom Endstück abstehende Nase angriff, ungünstige BiegungsbeaI1pruchungen an den Endstücken auftraten, welche die Festigkeit der in ihrer Gesamtheit gewölbten Bügelanordnung nachteilig beeinflusste, ja sogar verschlechterte. Umgekehrt traten bei Beanspruchung der Kohle auf Druck im Endstück Kräfte auf,
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durchbogen.
Eingehende Versuche haben nun ergeben, dass die relativ schwere Verbindungsstange überhaupt wegfallen kann, wenn dafür eine oder zwei nur auf den Zug beanspruchte dünne Stangen an geeigneter Stelle angeordnet werden. Die Stangen'werden wesentlich auf Zug beansprucht, wenn sie innerhalb der Höhe des Kohleschleifstüekprofiles angreifen. Die Achsen der Zugstangen liegen also zweckmässig entweder mit der Achse des Tragbolzens in einer Linie (Fig. 5) oder nur um geringes unter dieser Achse
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Durch die Beanspruchung der Stangen auf Zug wird dem gewölbten Schleifstück eine ausserordentliche Festigkeit verliehen, da die Enden der Wölbung ihre Lage nicht verändern können, der Bügel sich somit nicht durchbiegt und die Kohle nur noch auf Druck beansprucht wird.
Fig. 7 zeigt ein ganzes gewölbtes Kohlesehleifstück a mit Endstücken d, Auflaufhörnern f, dem
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oder Stabform im Inneren der Kohle. Fig. 8 und 9 stellen ein Endstück d dar von der Seite 8 und von der Kopffläche 9 her mit nur einer Zugstange 7t, die durch die Kohle a hindurch in dem Endstück in g, also innerhalb der Profilhöhe des Schleifstüekes unterhalb der Tragbolzenachse e angreift. Fig. 10 und 11 zeigen ein Endstück d mit zwei Zugstangen h, die innerhalb der Profilhohe, jedoch zu beiden Seiten des Endstückes, befestigt sind. Diese Ausführung insbesondere zeigt ausserordentliche Stabilität.
Von allergrösster Wichtigkeit für diese Anordnungen ist es, dass Kohlesehleifstück und Trägerarmatur eine möglichst innige Verbindung haben und dass die Beanspruchungen einheitlich von beiden aufgenommen werden. Dazu ist es notwendig, dass beide Teile sich gegenseitig unterstützen. Wie Versuche ergeben haben, ist dies'am meisten der Fall, wenn die Schwerpunktachsen beider Körper zusammenfallen. Bekanntlich sind z. B. bei Biegungsbeanspruehung durch eine Kraft Q die Druck-und Zugkräfte in der Schwerpunktlinie gleich Null (sogenannte Nullinie), auf der einen Seite derselben wirken Zugkräfte, auf der andern Druckkräfte. Fallen, wie in Fig. 12 gezeigt, die beiden Schwerpunkte von Kohle a und Armatur b zusammen, so unterstützen sieh die Zug- und Druckkräfte beider Körper.
Die notwendige innige Verbindung wird bei innen gefassten Schleifstücken erreicht, indem man die Trägerarmatur in die Kohle einpresst (Fig. 12) ; eine einfachere und ebenso wirksame Methode ist diejenige, die Trägerarmatur b in die Kohle a einzuschieben (Fig. 13) und den Zwischenraum zwischen beiden durch eine an beiden Teilen festhaftende Füllmasse i auszugiessen. Das Schleifstück erhält dadurch sehr hohe Festig-
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einander zu verbinden, dass sie ein Ganzes geben. Die Kräfte wirken dann auch gleichgerichtet und unter- stutzen sich, beide Körper haben in diesem Fall eine gemeinsame Sehwerpunktachse und Nullinie SL (Fig. 14).
Ist jedoch die Kohle nur in die Armatur eingeschoben, ohne durch das Füllmaterial i verbunden zu sein, so wird jeder Teil für sich beansprucht (Schwerpunkt- und Nullinien SL1 und SL2) und an der Berührungsfläche gleiten sie aneinander, sie wirken also wie ein Blattfederpaket.
Die Ausgussmasse i muss so beschaffen sein, dass sie in die feinsten Zwisehenräume zwischen
Kohle und Trägerarmatur einzudringen vermag. Die zur Befestigung der Kohle manchmal verwendeten
Kitte und Klebemittel sind hiezu, zumindest was die innen gefassten Bügel betrifft, nicht geeignet.
Die eingezeichneten Diagramme zeigen lediglich die Art der Kräfteverteilung und sind keine Massgrossen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Anordnung für gewölbte Kohleschleifstücke, dadurch gekennzeichnet, dass Schleifstück und
Trägerarmatur eine gemeinsame Schwerpunktachse, somit die auftretenden Biegungsbeanspruchungen auch eine gemeinsame Nullinie aufweisen, wodurch die Tragfähigkeit beider Körper auf ein Höchst- mass gebracht wird.