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Die
Erfindung betrifft ein Universal-Hochleistungsrichtgelenk für Kuppelstangen
von Eisenbahngüterwageneinheiten
in Horizontal- und Schrägkuppelstangenausführung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Richtgelenke
für Kuppelstangen
zum Verbindung von leichtgewichtigen Eisenbahnwagen sind bereits
bekannt.
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So
wird in der
EP 1247715 eine
Kuppelstange mit Richtgelenken vorgeschlagen, bei welchen gemäß den
7 und
8 zur
Erzielung einer Steigerung der Richtgelenkwirkung auf den Güterwagen, das
heißt
zur Erreichung einer maximalen Verlagerung der Druckkraftübertragungspunkte
zwischen Stützlagerplatten
und Richtgelenkplatten bei Kupplungsausschlägen, den Drehpunkt der Kuppelstangen
in der Stützlagerplatte
weit nach hinten in Richtung der wirkenden Druckkräfte verschoben
angeordnet wird, um über
den vergrößerten Abstand
zur Duckkraftübertragungsfläche des
Stützlagers
eine zusätzliche
Verlagerung der Druckkraftlinie durch eine direkte gleitende Querverschiebung
der Flächen in
Abhängigkeit
des Kupplungsausschlagwinkels zu erzielen. Ansonsten werden, wie üblich, die
kritischen Druckkräfte über eine
keilförmige
Verformung von Federdruckscheiben weit möglichst nach außen verlagert.
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Diese
Ausführung
hat jedoch den Nachteil, dass durch die Drehpunktverlagerung bei
dem üblichen
Ausschwenkwinkel von 2,5 bis 3,5° nur
eine äußerst geringe
zusätzliche
Querverschiebung erzielt wird, die praktisch unbedeutend ist. Die
verbleibende keilförmige
Deformation der Federdruckscheiben verursacht ebenfalls nur eine
unbefriedigend große Kraftverlagerung
nach außen.
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Ein
weiterer Nachteil besteht in der notwendigen Verwendung von zusätzlichen
Gleitplatten zwischen Federn und Kraftübertragungsplatte und der zu
erwartende Verschleiß bei
gleichzeitiger aufwendiger Ausführung
der voluminösen
Stützlagerplatte.
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Es
wurde weiterhin bereits eine Lösung
nach
DE 102 46 428 vorgeschlagen,
bei welcher zwischen der Krafteinleitungsfläche an der Stützlagerplatte ebenfalls
Federdämpfungselemente
angeordnet sind, die jedoch von einem Stützkäfig umgeben sind.
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Nach
definierten Kupplungsausschlägen übernimmt
der Stützkäfig mit
seinen Abstütz- und Kipppunkten,
vorgesehen am oberen Rand derselben, wodurch eine bedeutend vergrößerte Verlagerung
des Druckkraftübertragungspunktes
nach außen,
mit den ent sprechenden Rückstellmomenten gesichert
wird. Verbreiterte Ränder
können
auch Abrollkurven tragen.
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Diese
Lösung
hat den Vorteil einer bedeutenden Steigerung der Richtgelenkwirkung,
daneben jedoch auch den Nachteil, dass die Stütz- und Kipppunkte relativ
weit vom Mittelpunkt des Richtgelenkes angeordnet sind und nach
dem Auftreffen auf die Stützlagerplatte über ihre
Ränder
keine optimale, über
das ganze Längenmaß genutzte
Richtgelenkbreite und Höhe
sichern kann.
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Dasselbe
trifft auch auf die vorgeschlagene Richtgelenklösung gemäß 5 für Kuppelstangen zwischen
End- und Mittelwagen mit permanenter Schrägstellung derselben zu.
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Gemäß
DE 102 24 680 A1 wurde
auch eine Lösung
für eine
Schrägkuppelstange
bekannt. Hierbei werden Kuppelstangenendplatten jeweils wechselseitig
rechtwinklig zur Längsachse
der Schrägkuppelstange
angeordnet. Nach
1 und
2 sind hierzu
die Stützlagerplatten
an den Wagenenden vertikal zur Gleisebene angeordnet. Diese Ausführung hat
zwar den Vorteil einer einfachen rechtwinkligen Bauweise, wenn sich
jedoch der niedrige Wagen absenkt, nimmt der Kuppelstangenwinkel
geradlinig zu und damit auch die negative, das Laufwerk entlastende,
Vertikalkomponente des hochstehenden Tragwagens.
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Nach 4 sind
die Stützlagerplatten
an den Wagenenden mit dem Winkel α schräggestellt
angeordnet, was den Vorteil bringt, dass der aktive Abrollbereich
vergrößert wird
und beim Absenken eines Wagen die Kraftlinie mindestens horizontal
bleibt, hat jedoch den Nachteil, dass der Anschluss an den Wagen
mehr Bauhöhe
benötigt
und die Schrägstellung der
Stütz-
und der Richtgelenkplatten vereinheitlichte und gleiche Anschlüsse von
gleich hohen Mittelwagen und deren freizügige Kupplung von Mittelwagen untereinander
nicht gewährleistet.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, Universal-Hochleistungsrichtgelenke für Kuppelstangen von
Eisenbahngüterwageneinheiten
in Horizontal- und Schrägkuppelstangenausführung zu
schaffen, welche Hochleistungsparameter sichern bei geringem Herstellungs-
und Wartungsaufwand und gleichzeitig geringer Eigenmasse.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist insbesondere,
dass die Richtgelenkplatte stützlagerplattenseitig
flächenförmige Übertragungskörper für die Längsdruckkräfte aufweist,
welche ein Federungs- und Dämpfungselement,
ausgeführt
mit möglichst
geringem Außendurchmesser,
bei solchen mit kleiner Federlängssteifigkeit,
mit einem geringstmöglichen
horizontalen Abstand „a" umschließen, und
dass dabei die flächenförmigen Übertragungskörper stützplattenseitig
ab einem Richtgelenklängen-
zu Breitenverhältnis
von > 1,5 mit getrennten
horizontalen und vertikalen Abrollradien RH und
RV und analogen Abrollflächen versehen sind, und dass
sie in ihrer Form, die eine Mittenausnehmung sowie Seitenausnehmungen
vorsieht, das Breitenmaß zwischen
den Kupplungsträgern
unter Berücksichtigung
des Bewegungsverhaltens der Federungs- und Dämpfungselemente und der Zugänglichkeit
zu den Befestigungselementen zwischen Stützlagerplatte und Wagenuntergestell
zur Erzielung verbesserter Richtgelenkparameter voll ausnutzen.
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Erfindungsgemäß ist weiterhin,
dass bei Tragwagen mit unterschiedlichen Ladehöhen und damit unterschiedlich
hohen Anlenkpunkten und damit notwendigem Schrägeinbau der Kuppelstange an dem
höher stehenden
Ende einer Schrägkuppelstange
bei vertikaler Anordnung der Richtgelenkplatte und der Stützlagerplatte
die diesem Ende am höher stehenden
Wagen zugeordneten flächenförmigen Übertragskörper für die Längsdruckkräfte in unsymmetrischer
Ausführung
mit reduziertem aktivem vertikalen Abrollbereich unterhalb der horizontalen
Mitte des Richtgelenkes so angeordnet sind, dass der Scheitelpunkt
der sphärischen
Abrollfläche
und damit der Kraftübertragungspunkt
nahe des tiefsten Endes des flächenförmigen Übertragungskörpers zu
Stande kommt und damit gleichzeitig dem Höhenmaß des tieferen Übertragungspunktes
des niedrigeren Nachbarwagens weitgehend angenähert ist mit dem Ziel, den
vertikalen Kraftübertragungswinkel α der Längsdruckkraft
klein und entlastende Vertikalkomponenten am höher stehenden leeren Wagen
gering zu halten.
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Weiterhin
ist vorgesehen, dass die Schrägkuppelstange
an der Seite des niedrigeren Tragwagens einen annähernd horizontalen
Längenbereich besitzt,
an dessen Ende sich eine Trennkupplung befindet, und dass im horizontalen
Bereich der Schrägkuppelstange
Längenverstelleinrichtungen
angeordnet sind.
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Weitere
Merkmale der Erfindung bestehen darin, dass, wenn es die Kuppelstangenparameter gestatten,
gleichgroße
Abrollradien Verwendung finden und die flächenförmi gen Übertragungskörper eine
Kugelkalottenform besitzen, und dass die Mitten- und Seitenausnehmungen
durch das Aufbringen der flächenförmigen Übertragungskörper als
auf die Richtgelenkplatte aufsetzbare Formteile gebildet werden,
und dass bezüglich
der Universalität
für geforderte
unterschiedliche Kuppelstangenausführungen Typenreihen mit unterschiedlichen
Richtgelenkparametern und damit unterschiedlichen Abrollflächen eine
Teilevereinheitlichung mit dem Ziel einer rationellen Fertigung
insofern erfolgt, dass einheitliche flächenförmige Übertragungskörper mit
vereinheitlichten Grössenabstufungen
der Abrollkurven nach Bedarf auf die Richtgelenkplatten aufgebracht werden,
und dass vereinheitlichte Federungs- und Dämpfungselemente sowie Kuppelstangenendzugteile
mit vereinheitlichten Lagerungsteilen Verwendung finden.
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Durch
die vorstehend vorgeschlagenen Lösungen
mit ihren Merkmalen auch bezüglich
einer universellen Verwendung der Kuppelstangenbauart werden die
Richtgelenkparameter verbessert und ein mögliches Optimum zwischen Leistungsparametern, Herstellungs-
und Unterhaltungsaufwand und Eigenmasse erreicht, wodurch der Einsatz
verbesserter leichtgewichtiger Güterwagen
möglich
wird.
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Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele an
Hand von Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1:
eine Vorderansicht des eingebauten Richtgelenkes gemäß Schnitt
A-A in 2, mit dargestellten Konturen der Stützlagerplatte,
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2:
eine Seitenansicht des eingebauten Richtgelenkes gemäß Schnitt
B-B in 1,
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3:
einen Schnitt C-C in 1,
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4:
eine weitere Vorderansicht eines eingebauten Richtgelenkes gemäß Schnitt
A-A in 2,
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5:
eine Seitenansicht einer Schrägkuppelstange
zwischen End- und
Mitteltragwagen mit Teilschnitten,
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6:
eine Vorderansicht nach Schnitt D-D in 5 mit dargestellten
Konturen der Stützlagerplatte.
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Die 1, 2 und 4 zeigen
eine Vorderansicht des Richtgelenkes bzw. einen Längsschnitt
desselben, welches zwischen den Kupplungsträgern 2 eines Wagenuntergestelles 1 angeordnet und
je über
Stützlagerplatten 5 und
Befestigungselementen 13 mit dem Wagen verbunden ist. Am
Ende des Kuppelstangenrohres sind Richtgelenkplatten 4 angeordnet,
an denen Kuppelstangenendzugteile 6 befestigt sind. Über dem
Endzugstangenteil 6 sind einmal zwischen Richtgelenkplatte 4 und
Stützlagerplatte 5 druckseitige
Federungs- und Dämpfungselemente 7 und
zwischen der Stützlagerplatte 5 und
einer Endscheibe zugseitige Federungs- und Dämpfungselemente unter Vorspannung
angeordnet.
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Das
Federungs- und Dämpfungselement 7 ist
dabei in flächenförmigen Übertragungskörpern 8 eingebettet,
wobei die Übertragungskörper 8 ein- oder
zweiteilig auf der Richtgelenkplatte 4 aufgebracht sind,
wobei Mittenausnehmungen 11 und im Bereich der Befestigungselemente 13 Seitenausnehmungen 12 auf
der Richtgelenkplatte gebildet werden. Die Übertragungselemente 8 sind
auf die Richtgelenkplatte 4 aufgesetzt, oder Freiräume sind
im Dickenmaß der
Richtgelenkplatte 4 ausgespart.
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Die
horizontalen Zwischenräume
zu den Federungs- und Dämpfungselementen 7 und
auch zu den im Kupplungsträgerbereich
angeordneten Befestigungselementen 13 mit dem Abstand „a" so eng als möglich ausgeführt, um
möglichst
große
Abrollflächen
zu bekommen und ein frühzeitiges
Einsetzen des Abrollvorganges zu gewährleisten.
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In
bekannter Weise ist zwischen der Stützlagerplatte und den flächenförmigen Übertragungskörpern ein
Abstand als anteiliger Federungs- und Kippweg „S" im Richtgelenk, der aufgebraucht wird
durch die horizontalen und vertikalen Kippwege beim Kuppelstangenausschlag
und einer definierten Anfangslängsdruckkraft.
Bis zum Erreichen einer Berührung der
genannten beiden Teile übernimmt
die Federscheibe des Federungs- und Dämpfungselementes 7 selbst
eine eingeschränkte
Richtgelenkwirkung. Die 1 zeigt eine Ausführung mit
einem Federungs- und Dämpfungselement 7 mit
einer geringen Federlängssteifigkeit
mit kleinem Außendurchmesser.
Hier wird die Stabilisierung bei den Kupplungsausschlägen schnell
von den metallischen Abrolleinrichtungen übernommen, da die weiche Federscheibe
keine bedeutende Verlagerung des Druckkraftübertragungspunkte 16 nach
außen
verursachen kann. Ist das Federelement 7 jedoch härter, sind
auch größere Federscheiben
mit einer entsprechenden größeren Mittenausnehmung 11,
wie sie 4 zeigt, sinnvoll und denkbar.
Dabei leistet dann das Federelement auch eine größere anfängliche Teilrückstellwirkung.
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Die
flächenförmigen Übertragungskörper 8, die
gezielt nach ihrer Rückstellfunktion
angeordnet sind, tragen ab einem Verhältnis von Richtgelenkbreite
zu Richtgelenkhöhe
von > 1,5 vorteilhaft
getrennte horizontale und vertikale Abrollradien RH und RV und analoge Abrollflächen.
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Aus
den Schnittdarstellung in den 2 und 3 ist
zu erkennen, dass oberhalb und unterhalb einer horizontalen Abrollkammlinie 9,
die dem horizontalen Abrollradius RH folgt, vertikale Abrollflächen 1Q beidseitig
dieser Linie angeordnet sind.
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Um
den Einbauraum des Richtgelenkes klein zu halten und eine geringe
Stützweite
der Stützlagerplatte 5 aus
Eigengewichtsgründen
zu erhalten oder auf aufwendige Unterstützungsträger, die hinter der Stützplatte 5 anzuordnen
wären,
verzichten zu können,
sind wie in den 1, 4 und 6 dargestellt,
beidseitig Seitenausnehmungen 12 in der Richtgelenkplatte 4 in
den flächenförmigen Übertragungselementen 8 für eine ausreichende
Zugänglichkeit
zu den Befestigungselementen 13 seitliche Ausnehmungen 12 vorgesehen.
Damit kann die Kippkante der Richtgelenkplatte in der Breite örtlich bis über die
Befestigungselemente 13 verlaufend angeordnet werden.
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Es
ist auch Ziel der Erfindung, ein universelles Richtgelenk zu schaffen,
nach dessen Lösungsprinzip
und mit dessen Hauptbauteilen auch Schrägkuppelstangen hergestellt
werden können,
wie aus den 5 und 6 hervorgeht.
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Das
tiefer gelegene Ende der Schrägkuppelstange 14 besitzt
dabei prinzipiell ein Richtgelenk wie vorstehend bei Horizontalkupplung
beschrieben. Am höher
gestellten Ende der Kuppelstange 14 ist vorgesehen, Richtgelenke
mit unsymmetrischen flächenförmigen Übertragskörpern 8,
die etwa nur das halbe Höhenmaß der symmetrischen Übertragungskörper 8 besitzen,
zu verwenden, die in der unteren Hälfte der Richtgelenkplatte 4,
unterhalb der horizontalen Mitte angeordnet sind. Damit ist der
Druckkraftübertragungspunkt 16 und
damit der Scheitelpunkt der sphärischen
Abrollfläche 17 nahe
des tiefsten Punktes des unsymmetrischen Übertragungskörpers vorgesehen.
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Wie
die 5 und 6 zeigen, kann dabei der flächenförmige Übertragungskörper 8 noch
die Unterkante der Richtgelenkplatte um einen erforderlichen Betrag
unterschreiten. Damit wird erreicht, dass die Druckkraftübertragungslinie
mit ihrem vertikalen Winkel αV sich weitgehend horizontal dem Höhenmaß derselben,
des tiefergelegenen Endes nahe kommt. Damit werden schädliche wirksame
Radentlastungen vermieden. Die Richtgelenkplatte 4 und die
Stützlagerplatte 5 sind
dabei vertikal angeordnet mit dem vordringlichen Ziel, einheitliche
Anschlussbedingungen der Kuppelstange komper tibel mit allen weiteren
tiefer stehenden Mittelwagen auch untereinander universal kuppeln
zu können.
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Es
ist auch vorgesehen, dass die vertikale Abrollfläche 10 auf den unsymmetrischen
flächenförmigen Übertragungselementen 8 den
Scheitelpunkt der sphärischen
Abrollfläche 17 nach
unten überschreitet.
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Weiter
ist auch denkbar, dass bei extremen Fällen von Höhenversatz auch an dem tieferen
Ende der Kuppelstange ebenfalls unsymmetrische flächenförmige Übertragungskörper 8,
jedoch reziprok nach oben verschoben angeordnet werden, als weitere Maßnahme zur
Erreichung einer weitgehendst horizontalen Druckkraftwirkungslinie
mit einem Winkel αV gleich oder annähernd 0° zwischen den Wagen unterschiedlicher
Höhe.
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Es
ist weiterhin vorgesehen, dass an dem niedrigerem Ende der Kuppelstange 3 ein
annähernd horizontaler
Längenbereich
ausgeführt
ist, an dessen Übergang
zum Schrägteil
sich eine Trennkupplung 19 befindet.
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In
diesem horizontalen Längenbereich
ist auch vorgesehen, Längenverstelleinrichtungen
anzuordnen, wie zum Beispiel eine Teleskopeinrichtung.
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- 1
- Wagenuntergestell
- 2
- Kupplungsträger
- 3
- Kuppelstange
- 4
- Richtgelenkplatte
- 5
- Stützlagerplatte
- 6
- Kuppelstangenendzugteil
- 7
- Federungs-
und Dämpfungselement
- 8
- Flächenförmige Übertragungskörper
- 9
- Horizontale
Abrollkammlinie
- 10
- Vertikale
Abrollfläche
- 11
- Mittenausnehmung
- 12
- Seitenausnehmung
- 13
- Befestigungselement
- 14
- Schrägkuppelstange
- 15
- Lagerungsteil
- 16
- Druckkraftübertragungspunkt
- 17
- Scheitelpunkt
einer sphärischen
Abrollfläche
- 18
- Aktiver
vertikaler Abrollbereich
- 19
- Trennkupplung
- α
- Abstand
- S
- Anteiliger
Feder- und Kippweg
- RV
- vertikaler
Abrollradius
- RH
- horizontaler
Abrollradius
- αV
- vertikaler
Kraftübertragungswinkel
- BH
- Richtgelenkbreite
- HV
- Richtgelenkhöhe