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Endstück für Eisenbahnfahrzeugrahmen zur wahlweisen Anordnung einer Mittelpufferkupplung oder von Seitenpuffern
Die Erfindung bezieht sich auf eine weitere Ausgestaltung des im Patent Nr. 248 489 beschriebenen Endstückes für Eisenbahnfahrzeugrahmen zur wahlweisen Anordnung einer Mittelpufferkupplung oder von Seitenpuffern.
Ausgehend von einem Fahrzeugrahmen mit im Seitenpufferabstand liegenden Hauptlangträgern sowie mit Mittellangträgern und Kopfträgern, in dessen Endfelder je ein Paar im wesentlichen dreieckförmiger, zueinander paralleler, eine Durchbrechung aufweisender und etwa entsprechend der Höhe der Hauptlangträger distanzierter Platten eingesetzt ist, die im Bereich der Dreieckspitze die Lagerstelle für die Mittelpufferkupplung enthalten und mit dem Steg des Kopfträgers sowie mit den Enden der Hauptlangträger zu einer starren Einheit verbunden sind, besteht im Patent Nr.
248489 die Aufgabe, die Platten bei möglichst geringem Gewichtsaufwand hinsichtlich der Breite der Schräggurte und des Basisgurtes so zu bemessen, dass die so gestalteten Dreiecksrahmen eine hinreichende Winkelsteifigkeit erhalten und sich mit einem gegeringen Anteil der eingeleiteten Beanspruchungen auch an den Mittellangträgern abstützen können.
Entsprechend den wesentlichen Merkmalen dieser Vorentwicklung besitzen die Platten im Spitzenbereich in einer durch die Fahrzeuglängsachse verlaufenden lotrechten Schnittebene eine grössere Querschnittsfläche als die schräggurte an der Stelle ihrer kleinsten Gurtbreite und sind die Platten an ihren Stirnkanten im Spitzenbereich durch einen Quersteg starr miteinander verbunden, wobei zur Verbindung der übereinanderliegenden Schräggurte vorgesehene, längs derselben verlaufende Stege bis an die Anschlusskanten der Platten herangeführt sind. Zum Anschluss der Enden der Mittellangträger an die Platten dienen ausser dem im Spitzenbereich angeordneten Quersteg noch an den schrägen Aussenkanten sitzende Stege.
Bei der rechnerischen Erfassung der im Betrieb auftretenden ausserordentlich hohen Stosskräfte ergibt sich für jeden der vorgesehenen Mittellangträger ein Anteil von 7, 15% und für jeden der beiden Hauptlangträger ein Anteil von 27, 65% der gesamten auf das Endstück einwirkenden Stossbeanspruchungen. Dabei werden die Schräggurte zufolge der Abstützung der äusseren Mittellangträger zusätzlich auf Biegung beansprucht und müssen daher entsprechend stark bemessen werden.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, jegliche Biegebeanspruchungen in den Endfeldern des Fahrzeugrahmens, also insbesondere an den Brustträgern und an den Schräggurten der Platten zu vermeiden, um den Gewichtsaufwand für diese Bauteile noch weiter herabsetzen zu können und bleibende Verformungen solcher Teile auch bei starken Stössen zu verhindern. Um dieser Forderung zu entsprechen, muss auf eine Abstützung von Mittellangträgern an den Schräggurten der Platten verzichtet werden. Der bisher auf die äusseren Mittellangträger entfallene Anteil der Beanspruchungen wird auf die innersten Mittellangträger und
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auf die Hauptlangträger aufgeteilt. Ein geringer Teil der Längskräfte kann den äusseren Mittellangträgern über den ersten Querträger zugeleitet werden.
Bei völliger Entlastung der äusseren Mittellangträger ergibt die Rechnung einen Anteil der Stosskraft von 34, 1% für jeden der beiden Hauptlangträger und von 8, 90/0 für jeden der beiden innersten Mittellangträger. Es ist nun das Ziel der Erfindung, eine Verbindung dieser srärker belasteten Mittellangträger mit den Platten zu schaffen, wodurch die Knickbeanspruchung dieser Träger in erträglichen Grenzen gehalten werden kann und die Abstützung im Spitzenbereich der Platten örtlich so konzentriert erfolgt, dass keine Biegemomente an den Schräggurten entstehen können.
Dieses Ziel wird entsprechend den wesentlichen Erfindungsmerkmalen dadurch erreicht, dass lediglich der oder die im Spitzenbereich der Platten endigenden Mittellangträger über den zu einem biegesteifen Querstück ergänzten Quersteg mit den Platten starr verbunden sind, wobei die zur Verbindung mit dem Querstück vorgesehenen Stirnkanten der Platten eine etwa dem Plattenabstand entsprechende Länge aufweisen und die Verbindung der Enden des oder der Mittellangträger mit dem Querstück hauptsächlich durch zur Fahrzeuglängsachse parallele Schweissnähte im Sinne einer die freie Knicklänge des oder der Mittellangträger verringernden Einspannung, nötigenfalls unter Verwendung von Verbindungsplatten, ausgebildet ist.
Da die Schräggurte der Platten jetzt nur reine Zug- und Druckkräfte zu übertragen haben, kann die Plattenstärke um etwa 20% und auch die Breite der Schräggurte herabgesetzt werden, wodurch sich eine beachtliche Gewichtserleichterung in den Endfeldern des Fahrzeugrahmens ergibt.
In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäss gestalteten Endstückes veranschaulicht. Es zeigen Fig. 1 eine Draufsicht des bisher nach Patent Nr. 248 489 ausgeführten End-
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2stück der Rahmenplatten in einem Teilschnitt und die Fig. 7 und 8 weitere Ausführungsmöglichkeiten dieser Verbindung in der Draufsicht.
Das im Prinzip vereinfacht dargestellte Endstück des Fahrzeugrahmens umfasst, wie aus Fig. l ersicht-
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träger angeordneten Zusatzlangträger 4 vorgesehen. Die beiden im Abstand übereinander angeordneten Rahmenplatten 7 und 8 haben die Grundform eines gleichschenkeligen Dreieckes und sind aus je einer einzigen Blechplatte gefertigt. Eine in den Platten vorgesehene Durchbrechung 9 verringert das Gewicht und formt die Platten zu Dreiecksrahmen mit den beiden gleichen Schenkeln 10, 11 und dem quer zu den Langträgern liegenden Quergurt 12. Zur gelenkigen Befestigung der Mittelpufferkupplung sind im Spitzenbereich der Rahmenplatten die Lageraugen 13 vorgesehen.
In der bisherigen Ausführungsform (Fig. l) sind die Stirnkanten 14 der Rahmenplatten durch eine ebene Platte verbunden, an welcher die Enden der innersten Mittellangträger 3 stirnseitig stumpf anstossen. In gleicher Weise sind die äusseren Mittellangträger 2 an den Schräggurten 10, 11 abgestützt.
Aus dem Kräfteschema gemäss Fig. 2 kann folgender Kräfteverlauf entnommen werden : Der Stosskraft P, die an der Gelenkstelle 13 angreift, wirken die Stützkräfte S an den Enden der Langträger entgegen. Der grösste Anteil S. der Stützkraft entfällt auf die Hauptlangträger 1, ein geringerer
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aufSchenkel zusätzlich auf Biegung. Am unteren Schenkel 10 ist der Verlauf des Biegungsmomentes angedeutet. Bei Stossbelastungen im Sinne der resultierenden Kraft P sind die Schenkel 10 und 11 auf Zug beansprucht, wogegen der Brustträger 5 einschliesslich des Quergurtes 12 einer Knickbeanspruchung ausgesetzt ist.
In der erfindungsgemässen Gestaltung des Endstückes sind die Rahmenplatten 7, 8 (Fig. 3 und 5) im Spitzenbereich durch innenliegende Laschen 17 verstärkt. Zur Verbindung der Stirnkanten 14 dient
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und mit ihrem mittleren abstehenden Teil in das U-Eisen eingeschweisst sind. Die Lage der beiden Verbindungsplatten am Querstück ist so gewählt, dass die obere Verbindungsplatte 19 am oberen Flansch und die untere Verbindungsplatte 20 am unteren Flansch des Querträgers 6 anliegen. Beide Platten 19 und 20 sind mit dem Querträger durch Schweissnähte verbunden. Die seitlich abstehenden Teile der oberen Verbindungsplatte 19 stossen mit ihren Stirnkanten an die Mittellangträger 3 und sind mit
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diesen gleichfalls durch Schweissung starr verbunden.
Es erweist sich als zweckmässig, die Dimensionen der an dieser Stelle zusammenwirkenden Teile so zu wählen, dass die Flanschen des U-Eisens 18 am Steg des Querträgers 6 anliegen, doch ist dies für die Kraftübertragung nicht ausschlaggebend. Die Mittellangträger 2 sind nicht bis an die Schenkel 10, 11 der Rahmenplatten 7, 8 herangeführt, sondern lediglich mit dem Querträger 6 starr verbunden.
Die Mittellangträger 3 sind in üblicher Weise gleichfalls mit dem Querträger 6 verbunden. Da sich die Verbindungsnaht der Trägerenden an den Seitenkanten der Verbindungsplatte 19 über eine grössere Länge erstreckt, wird dadurch so wie bei den Hauptlangträgern 1 die Wirkung einer festen Einspannung der Trägerenden erzielt, so dass nunmehr auch die schwächeren Mittellangträger 3 höhere Druckbeanspruchungen aufnehmen können.
Das zugehörige Kräfteschema (Fig. 4) zeigt, dass auch hier die Stützkräfte S1 der Hauptlangträ- ger 1 den Hauptanteil der resultierenden Kraft P übernehmen müssen. Die Stützkräfte S treten bei dieser Ausführung nicht mehr auf. Die von der Verbindungsplatte 19 aufgenommenen Stützkräfte S3 werden zentral in den Spitzenbereich der Rahmenplatten eingeleitet, so dass auch durch den Mittellangträger 3 keine Biegungsbeanspruchungen an den Schenkeln 10 und 11 verursacht werden können. Diese Schenkel sind somit bei Einwirkung von Stosskräften ausschliesslich auf Zug beansprucht.
An dem erfindungsgemäss ausgestalteten Endstück sind alle Teile, welche Pufferkräfte zu übertragen haben, nunmehr lediglich Zug- bzw. Druckbeanspruchungen ausgesetzt. Zur Veranschaulichung der erzielbaren Herabsetzung der Abmessungen ist in Fig. 3 die bisherige Umrissform der Rahmenplatten (Fig. l) mit strichpunktierten Linien angedeutet worden. Fig. 3 lässt besonders deutlich erkennen, dass insbesondere der Spitzenbereich der Rahmenplatten trotz Aufnahme grösserer Stützkräfte wesentlich schmäler als bisher gehalten werden kann. Zur Versteifung des Überganges in die Schenkel 10 und 11 genügen die an der Innenfläche angeschweissten Laschen 17, die aus dem ausgestanzten Teil der Durchbrechung 9 gewonnen werden können, wodurch Rohmaterial gespart wird.
Einer Dimensionsverminderung kommt auch der Umstand zugute, dass gerade durch die grösseren und gefährlicheren Stossbeanspruchungen bei Anwendung einer Mittelpufferkupplung die Schräggurte auf Zug beansprucht werden. Bei Verwendung von Sei-
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ben wird.
Zur Versteifung der Verbindung der Platten 19, 20 mit dem Querstück 18 können noch Versteifungsbleche 21 angeschweisst werden, wie dies besonders aus Fig. 5 hervorgeht.
Zur Herstellung der Einspannverbindung der Mittellangträger 3 mit dem Querstück 18 würde eine einzige Verbindungsplatte ausreichen. Es ist jedoch statisch günstiger, wie aus Fig. 5 ersichtlich, zwei Verbindungsplatten zu verwenden, die den Querträger 6 einschliessen. Dadurch wird auch der Querträger zur Aufnahme von Druckkräften herangezogen, von welchem diese Kräfte auf die einzelnen Langträger verteilt werden. Über den Querträger können also auch die Mittellangträger 2 geringe axiale Beanspruchungen erhalten. Zur Verstärkung der Einspannung der Mittellangträger 3 könnte noch eine weitere Verbindungsplatte angeordnet werden, die in der Höhe des oberen Flansches des Mittellangträgers 3 liegt und bündig mit der Rahmenplatte 7 verläuft.
Die Einspannverbindung der Enden der Mittellangträger 3 kann im Sinne der Erfindung in verschiedenen Arten ermöglicht werden. So zeigt Fig. 6 eine Ausführung dieser Verbindung, bei welcher das Querstück aus einer ebenen Platte 22 besteht, die ein horizontal angeordnetes aufgeschweisstes Winkeleisen 23 trägt. Die Enden der Mittellangträger 3 sitzen auf den Enden des Winkeleisens 23 auf und sind mit diesen verschweisst. Es erweist sich als zweckmässig, die Grösse des Winkeleisens so zu wählen, dass es mit seiner Vorderkante an den Querträger 6 anschliesst. So wie bei der Ausführungsart nach Fig. 5 kann auch hier eine untere Verbindungsplatte 20 zur starren Verbindung des Querstückes mit dem Querträger 6 angeordnet werden. Versteifungsplatten 21 können auch bei dieser Ausführung eine zusätzliche Versteifung der Einspannverbindung gewährleisten.
Bei Verwendung eines U-Profiles 18 als Querstück können, wie Fig. 7 zeigt, die Enden der Mittellangträger 3 unmittelbar an die Flanschen des U-Profiles angeschweisst werden. Auch bei dieser Aus- führungsform kann die Einspannverbindung noch durch Verbindungsplatten 19, 20 bzw. zusätzliche Platten 21 (Fig. 3 und 5) verstärkt werden. Der Übersichtlichkeit halber sind diese Platten in Fig. 7 nicht eingezeichnet. Diese Gestaltung der Verbindung erweist sich besonders dann als zweckmässig, wenn die Mittellangträger 3 in geringem Abstand voneinander angeordnet sind.
Die Ausführungsform nach Fig. 8 bezieht sich auf Wagengestellrahmen, bei welchen die beiden Mittellangträger 3 durch einen einzigen in der Längsachse des Wagens angeordneten Langträger 24 er-
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setzt sind. Das Querstück ist hier gleichfalls durch ein U-Profil 18 gebildet, an welches das Ende des
Langträgers 24 unmittelbar herangeführt ist. Die Einspannverbindung wird durch Verbindungsplatten 25 erzielt, die einerseits in das U-Profil eingeschweisst und anderseits mit den Flanschen des beispielsweise ein I-Profil aufweisenden Langträgers durch längere Schweissnähte starr verbunden sind. Auch bei dieser Ausführungsform ist der Querträger 6 in die Verbindung einbezogen.
Im vorstehenden ist das Wesen der Erfindung lediglich an einigen Ausführungsbeispielen erläutert wor- den. Der Umfang der Erfindung erschöpft sich aber keinesfalls mit diesen Ausführungsformen, sondern er- streckt sich vielmehr auf alle Bauarten des Endstückes, bei welchen Biegungsbeanspruchungen an dreieck- förmigen Tragelementen dadurch vermieden werden, dass Stosskräfte bzw. Abstützkräfte ausschliesslich an den Ecken bzw. im Spitzenbereich eingeleitet werden.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Endstück für Eisenbahnfahrzeugrahmen zur wahlweisen Anordnung einer Mittelpufferkupplung oder von Seitenpuffern bei Fahrzeugrahmen mit im Seitenpufferabstand liegenden Hauptlangträgern sowie mit
Mittellangträgern und Kopfträgern, wobei mit dem Steg des Kopfträgers und den Enden der Hauptlangträ- ger ein Paar im wesentlichen dreieckförmiger, zueinander paralleler, eine Durchbrechung aufwei- sender und etwa entsprechend der Höhe der Hauptlangträger distanzierter Platten zu einer starren, im
Bereich der Dreieckspitze die Lagerstelle für die Mittelpufferkupplung enthaltenden Einheit verbunden ist,
die im Spitzenbereich durch einen Quersteg starr verbundenen Platten in diesem Bereich in einer durch die Fahrzeuglängsachse verlaufenden lotrechten Schnittebene eine grössere Querschnittfläche besitzen als die Schräggurte an der Stelle ihrer kleinsten Gurtbreite, und zur Verbindung der über- einanderliegenden Schräggurte vorgesehene, längs derselben verlaufende Stege bis an die Anschluss- kanten der Platten herangeführt sind, nach Patent Nr.
248489, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich der oder die im Spitzenbereich der Platten (7, 8) endigenden Mittellangträger (3, 24) über den zu einem biegesteifen Querstück (18, 22, 23) ergänzten Quersteg mit den Platten starr ver- bunden sind, wobei die zur Verbindung mit dem Querstück vorgesehenen Stirnkanten (14) der Platten eine Länge etwa in der Grösse der Höhe der Hauptlangträger aufweisen und die Verbindung der En- den des oder der Mittellangträger (3, 24) mit dem Querstück (18, 22, 23) hauptsächlich durch zur Fahr- zeuglängsachse parallele Schweissnähte im Sinne einer die freie Knicklänge des oder der Mittel- langträger (3, 24) verringernden Einspannung, nötigenfalls unter Verwendung von Verbindungsplat- ten (19, 23, 25), ausgebildet ist.
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eine zu den Platten (7, 8) parallele Verbindungsplatte (19) trägt, deren in Richtung der Langträger gelegene Seitenränder mit den Enden der Mittellangträger (3) durch Schweissung verbunden sind, und dass wenigstens eine dieser Verbindungsplatten (19, 20) vorzugsweise zusätzlich mit einem das erste Rahmenfeld des Fahrzeugrahmens abschliessenden Querträger (6) starr verbunden ist (Fig. 3 und 5).
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