DE102004014774A1

DE102004014774A1 - Gelenklager für ein Schienenfahrzeug

Info

Publication number: DE102004014774A1
Application number: DE102004014774A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. Krome
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2024-03-27
Also published as: FR2868029B1; FR2868029A1; DE102004014774B4

Abstract

Bei einem Gelenklager für eine Vorrichtung zur Abstützung des Wagenkastens eines Schienenfahrzeugs an einem mit Radsätzen versehenen Drehgestell, welches Lager einen Innenring (15) mit konvex gewölbter sphärischer Lagerfläche, einen den Innenring (15) umgebenden und an diesem mit einer Vorspannung abgestützten Außenring (2) mit konkav gewölbter sphärischer Lagerfläche sowie eine zwischen dem Innenring (15) und dem Außenring (2) angeordnete Gleitmaterialschicht (3) aufweist, ist erfindungsgemäß der Außenring (2) in radialer Richtung geteilt ausgeführt, wobei zwei Außenringteile (6, 7) mit ringförmigen, einander zugewandten, sich jeweils in einer Radialebene befindenden inneren Stirnseiten gebildet sind, zwischen welchen ein umlaufender Spalt eingehalten ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Gelenklager für eine Vorrichtung zur Abstützung des Wagenkastens eines Schienenfahrzeugs an einem mit Radsätzen versehenen Drehgestell, welches Lager einen Innenring mit konvex gewölbter sphärischer Lagerfläche, einen den Innenring umgebenden und an diesem mit einer Vorspannung abgestützten Außenring mit konkav gewölbter sphärischer Lagerfläche, sowie eine zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnete Gleitmaterialschicht aufweist.

Hintergrund der Erfindung

Gelenklager können als Gelenkverbindungen sowohl zwischen dem Wagenkasten und dem Drehgestell, als auch im Bereich des Drehgestells selbst angeordnet werden. Sie können hier unter anderem als Spurstangen oder Stabilisatoren ausgeführt sein. Diese ermöglichen es beispielsweise, der während der Fahrt auftretenden Rollbewegung des Wagenkastens, also der Schwenk bewegung des Wagenkastens um die Fahrzeuglängsrichtung, entgegenzuwirken. Zu diesem Zweck können die als Gelenkverbindungen ausgeführten Vorrichtungen mit wenigstens einem Torsionsstab ausgerüstet sein. Vorrichtungen dieser Art sind in der Fachwelt auch unter der Bezeichnung Anti-Rollbar bekannt. Die Erfindung bezieht sich somit auch auf das oder die in einem Anti-Rollbar verwendeten Gelenklager.

Ein solches Gelenklager muss Schwenk-, Kipp- und Nickbewegungen ermöglichen und gleichzeitig Zug- und Druckkräfte übertragen können. Bei seinem Einsatz ist eine Spielfreiheit sowohl in radialer als auch in axialer Richtung erforderlich, um Geräuschbildungen zu vermeiden. Bei diesen Anwendungen werden z. Z. bereits vorgespannte, wartungsfreie Gelenklager eingesetzt. Die Vorspannung wird dadurch erreicht, dass der Außenring mit der eingelegten Gleitmaterialschicht um den Innenring gelegt und nach einem Stauchverfahren plastisch umgeformt wird. Durch den Umformprozess wird eine elastische Verformung im Außenring und in der Gleitmaterialschicht erzeugt, die die Vorspannung hervorruft und den typischen Verschleiß der Gleitschicht kompensiert.

Diese Vorgehensweise weist jedoch den Nachteil einer geringen Gebrauchsdauer auf, da die Vorspannung des plastisch umgeformten Außenringes nur einen geringen Gleitmaterialverschleiß ausgleichen kann. Teilweise ist ein Einkleben des Lager-Außenringes in die Umgebungskonstruktion erforderlich, da sonst, durch Fertigungstoleranzen bedingt, zu große Reibmomentschwankungen auftreten würden. Mit dem Einkleben liegt aber immer noch ein hoher Arbeitsaufwand bei der Fertigungsabstimmung vor.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wartungsfreies Gelenklager möglichst langer Gebrauchsdauer zu entwickeln, welches Bewegungen mit Schwenk-, Kipp- und Nickwinkeln sowie die Übertragung von Zug- und Druck kräften in den geforderten Bereichen bei Spielfreiheit in radialer und axialer Richtung ermöglicht. Wegen des Verschleißes der Gleitmaterialschicht soll das Lager eine Nachstellung ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Außenring in radialer Richtung geteilt ausgeführt ist, wobei zwei Außenringteile mit ringförmigen, einander zugewandten, sich jeweils in einer Radialebene befindenden inneren Stirnseiten gebildet sind, zwischen welchen ein umlaufender Spalt eingehalten ist.

Für die Erzeugung der Vorspannung kann das Lager an dem Außenring wenigstens ein Feder- oder Spannelement enthalten. Als Spannelement kann beispielsweise eine Schraube verwendet werden. Durch Druck auf die äußeren Stirnseiten der Außenringteile in deren Achsrichtung zur Mitte hin entsteht ein vorgespanntes Lager, welches radiale Kräfte spielfrei übertragen kann.

Die Anwendung dieses Grundprinzips, bei dem ein radial geteilter Außenring verwendet wird, auf welchen eine Vorspannung mit Federelementen aufgebracht wird, ist auf dem Gebiet von Anti-Rollbars bzw. bei Gelenkpunkten in der Spurstabilisation von Schienenfahrzeugen nach Meinung der Anmelderin bisher nicht bekannt.

Als Spannelemente kommen zwei an dem Außenring achsparallel angeordnete Tellerfedern in Betracht, wobei jeweils eine Tellerfeder an der äußeren Stirnseite eines Außenringteils abgestützt ist. Auf diese Weise wird das Spiel, welches durch den Verschleiß des Gleitmaterials entsteht, automatisch dadurch ausgeglichen, dass die beiden Außenringteile in axialer Richtung zusammengeschoben werden. Dabei wird der Spalt zwischen den beiden Außenringteilen während des Betriebes immer schmaler. Durch die Verwendung von Tellerfedern als Spannelemente wird die nötige Kraft für die Vorspannung und die Nachstellung aufgebracht. Es können aber auch andere Federelemente eingesetzt werden, um das erfindungsgemäße Ziel zu erreichen. Weiterhin ist es möglich, die Nachstellung der Vorspannung durch z.B. Vorspannung mittels axial andrückender Schrauben aufzubringen. Bei dieser Ausführung übernimmt hauptsächlich die Gleitmaterialschicht die Funktion des Federelementes. Nachdem der Verschleiß die Vorspannung aufgezehrt hat, kann eine solche Lösung durch Nachstellen der Schrauben erneut für eine weitere Gebrauchsphase spielfrei vorgespannt werden.

Das erfindungsgemäße Gelenklager weist den Vorteil eines gravierenden Gebrauchsdauergewinns auf. Die Gebrauchsdauer wird dadurch erhöht, dass ein wesentlich größerer Verschleiß des Gleitmaterials zwischen dem Außenring und dem Innenring nachgestellt werden kann. Während die Version mit umstauchtem Außenring häufig nur den Einlaufverschleiß der Gleitmaterialschicht nachzustellen ermöglicht, der, abhängig von der Art des Gleitschichtmaterials, in der Größenordnung von 0,10 bis 0,15 mm liegt, kann bei der erfindungsgemäßen Lösung nahezu die gesamte Gleitmaterialstärke von 0,50 bis ca. 1,00 mm nachgestellt werden. Es wird also die nach dem Einlaufverschleiß beginnende eigentliche Nutzungsphase, die ca. 90% der Lagerlebensdauer beträgt, nutzbar gemacht.

Die Tellerfedern können axial von zwei Sprengringen gehalten sein, welche in einem den Außenring umgebenden Anschlussbauteil eingesetzt sind. Dabei können sie von einer sie umgebenden Außenhülse mit beidseitigen Borden axial gehalten sein, wobei jeweils ein Bord zwischen einer Tellerfeder und einem Sprengring angeordnet ist. Durch die Verwendung einer solchen Außenhülse erhält man eine einbaufertige vorgespannte Gelenklagereinheit.

Weitere Vorteile des Lagers bestehen in seiner einfachen Montage in der Umgebungskonstruktion. Ein Einkleben ist nicht erforderlich. Eine leichte Gehäuseanpassung, eine Befestigung mittels Sprengringen, eine einfache Demontage und damit ein einfacher Austausch sind möglich. Die Erfindung ermöglicht gröbere Fertigungstoleranzen der Lagereinzelteile, als bei der umstauchten Version, und kann auf ein Außenring-Stauchwerkzeug und auf dessen aufwändigen Abstimmprozess verzichten.

Kurze Beschreibung der Zeiechnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 eine erste Ausführung des erfindungsgemäßen Lagers in einem axialen Teilschnitt;
2 eine zweite Ausführung des erfindungsgemäßen Lagers in einem axialen Teilschnitt;
3 eine dritte Ausführung des erfindungsgemäßen Lagers im Axialschnitt.
Das Lager gemäß 1 besteht aus einem Innenring 1 mit konvex gewölbter sphärischer Lagerfläche, einem Außenring 2 mit konkav gewölbter sphärischer Lagerfläche, welcher den Innenring 1 umgibt, und aus einer dazwischen angeordneten Gleitmaterialschicht 3. Der Innenring 1 ist mit seiner Bohrung auf einen Bolzen 4 gesteckt. Dieser kann beispielsweise ein Torsionsstab sein. Der Innenring 1 ist an dem Bolzen 4 nach einem geeigneten Verfahren befestigt. Dabei dient ein Sicherungsring 5 der Befestigung in axialer Richtung.
Der Außenring 2 ist in radialer Richtung geteilt ausgeführt, so dass sich zwei Außenringteile 6 und 7 ergeben. Diese weisen parallel zur Teilungsebene angeordnete innere Stirnseiten 8 und 9 auf, welche zueinander in einem Abstand angeordnet sind und somit einen umlaufenden Spalt x bilden. Die Außenringteile 6 und 7 werden von Tellerfedern 10 axial zueinander hin gedrückt, welche an Sprengringen 11 axial abgestützt sind. Statt eines der beiden Sprengringe kann auch eine angeformte Schulter verwendet werden, die mit dem anderen Sprengring zusammenwirkt. Jeder Sprengring 11 ist in einer umlaufenden Nut eines Anschlussbauteils 12 eingesetzt und dort gehalten. Die Tellerfeder 10 auf der linken Seite von 1 stützt sich unmittelbar an dem ihr zugeordneten Sprengring 11 ab, während auf der rechten Seite eine abgedichtete Version dargestellt ist, bei der zwischen der Tellerfeder 10 und dem Sprengring 11 ein Armierungsring 13 für einen abdichtenden Faltenbalg 14 angeordnet ist.
Das Lager gemäß 2 ist grundsätzlich ebenso aufgebaut, so dass für entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet sind. Hier ist jedoch der Innenring 15 einstückig mit einer Pratze 16 mit sphärischem Mittelteil ausgeführt. Die Außenringteile 6 und 7 sowie die Tellerfedern 10 sind von einer Außenhülse 17 umgeben, wobei jeweils ein Bord der Außenhülse zwischen einem in dem Anschlussbauteil 12 gehaltenen Sprengring 11 und der benachbarten Tellerfeder 10 angeordnet ist.
Durch die Verwendung einer solchen Außenhülse 17 ergibt sich eine einbaufertige Einheit des bereits zusammengebauten Lagers.
Auch das Lager gemäß 3 ist nach demselben erfindungsgemäßen Prinzip aufgebaut, so dass auch hier gleiche Bezugszahlen für entsprechende Teile verwendet sind. Die den Innenring 15 bildende Pratze 16 weist zwei axial abstehende Befestigungszapfen 18 mit Bohrungen 19 für Befestigungsschrauben auf. Die Tellerfedern 20 sind hier an den beiden für die Abdichtung verwendeten Faltenbalgen 21 anvulkanisiert. Auf diese Weise kann auf besondere Faltenbalg-Armierungsringe verzichtet und damit Bauraum eingespart werden.

1: Innenring
2: Außenring
3: Gleitmaterialschicht
4: Bolzen
5: Sicherungsring
6: Außenringteil
7: Außenringteil
8: Innere Stirnseite
9: Innere Stirnseite
10: Tellerfeder
11: Sprengring
12: Anschlussbauteil
13: Armierungsring
14: Faltenbalg
15: Innenring
16: Pratze
17: Außenhülse
18: Befestigungszapfen
19: Bohrung
20: Tellerfeder
21: Faltenbalg
x: Umlaufender Spalt

Claims

Gelenklager für eine Vorrichtung zur Abstützung des Wagenkastens eines Schienenfahrzeugs an einem mit Radsätzen versehenen Drehgestell, welches Lager einen Innenring (1, 15) mit konvex gewölbter sphärischer Lagerfläche, einen den Innenring (1, 15) umgebenden und an diesem mit einer Vorspannung abgestützten Außenring (2) mit konkav gewölbter sphärischer Lagerfläche, sowie eine zwischen dem Innenring (1, 15) und dem Außenring (2) angeordnete Gleitmaterialschicht (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (2) in radialer Richtung geteilt ausgeführt ist, wobei zwei Außenringteile (6, 7) mit ringförmigen, einander zugewandten, sich jeweils in einer Radialebene befindenden inneren Stirnseiten (8, 9) gebildet sind, zwischen welchen ein umlaufender Spalt (x) eingehalten ist.
Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Außenring (2) wenigstens ein Feder- oder Spannelement für die Erzeugung der Vorspannung gegenüber dem Innenring (1, 15) angeordnet ist.
Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Spannelemente zwei an dem Außenring (2) achsparallel angeordnete Tellerfedern (10, 20) verwendet sind, wobei jeweils eine Tellerfeder (10, 20) an der äußeren Stirnseite eines Außenringteils (6, 7) abgestützt ist.
Lager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfedern (10, 20) axial von zwei Sprengringen (11) gehalten sind, welche in einem den Außenring (2) umgebenden Anschlussbauteil (12) eingesetzt sind.
Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfedern (10) von einer sie umgebenden Außenhülse (17) mit beidseitigen Borden axial gehalten sind, wobei jeweils ein Bord zwischen einer Tellerfeder (10) und einem Sprengring (11) angeordnet ist.
Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (1) mit seiner Bohrung auf einem als Torsionsstab wirkenden Bolzen (4) aufgesteckt und an diesem befestigt ist.
Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (15) einstückig mit einer Pratze (16) ausgeführt ist, welche ein sphärisches Mittelteil und zwei von diesem axial abstehende Befestigungszapfen (18) aufweist.