-
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur gelenkigen Anbindung
einer Kupplungsstange an ein Fahrzeug, mit
einem Lagerbock
zur Befestigung an einem Untergestell des Fahrzeugs,
wobei
die Kupplungsstange mittels des Lagerbocks so gelagert ist, dass
Winkelauslenkungen der Kupplungsstange gegenüber ihrer Ausgangslage in Längsrichtung
des Fahrzeugs zugelassen sind, und
einem Berührkörper, der
zwischen dem Lagerbock und der Kupplungsstange gelagert ist und
mit einem Berührabschnitt
der Vorrichtung derart zusammenwirkt, dass bei einer Winkelauslenkung
der Kupplungsstange gegenüber
ihrer Ausgangslage eine Rückstellkraft
auf die Kupplungsstange ausübbar
ist.
-
Eine
solche Vorrichtung zur gelenkigen Anbindung einer Kupplungsstange
an beispielsweise einem Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs hat
den Zweck, eine etwaige Entgleisungsgefahr wirksam zu verhindern.
Dabei ist vorauszuschicken, dass zur Übertragung von Druckkräften zwischen
den Wagenkästen
eines Zuges neben Puffern, die allseitig gegeneinander gleiten können, auch
die oben angesprochenen gelenkig gelagerten Kupplungsstangen gebräuchlich
sind, die sich typischer Weise in den Wagenkastenenden finden.
-
Bei
einer einfachen Bauart von Lagern der Kupplungsstangen mit annähernd sphärischer
Beweglichkeit verläuft
eine Wirkungslinie der übertragenen
Kraft durch zwei Drehpunkte, die jeweils an den gegenüberliegenden
Enden der miteinander verbundenen Wagenkästen definiert sind.
-
Derart
gekoppelte Wagenenden können
einen relativen Versatz zueinander aufweisen, beispielsweise durch
Toleranzen der Wagenkastenabmessungen, Beladezustände, Fahrdynamik
oder Gleisgeometrie. In solchen Fällen weicht die Richtung der
Wirkungslinie von der Längsachse
der Wagenkästen,
insbesondere auch von der Mittelachse der jeweiligen Lagerböcke ab,
wodurch zusätzliche vertikale
und horizontale Kraftkomponenten auftreten. Wenn Druckbelastung
in Längsrichtung
der Wagenkästen
hinzukommt, wirken diese Kräfte
in der Richtung des relativen Versatzes der Wagenenden zueinander
und somit destabilisierend. Die Folge können Radentlastungen und erhöhte Spurführungskräfte sein,
was jeweils allein oder in Kombination miteinander zu Entgleisungen
führen
kann.
-
Die
Entgleisungsgefahr ist insbesondere bei hohen Längskräften des Güterverkehrs groß. Jedoch können auch
bei Kollisionen extrem hohe, lang anhaltende Längskräfte auftreten. In solchen Fällen ist vor
allem die Instabilität
der Kupplungsverbindung in Vertikalrichtung gefährlich, da ein Aufklettern
der Wagenkästen übereinander
häufig
zu katastrophalen Schäden
der Wagenkastenstruktur und eine Einschränkung hinsichtlich eines Überlebensraums
für Fahrgäste führt.
-
Im
Zuge der Bewältigung
vorstehender Probleme und Gefahren wurde im Stand der Technik ein Baukastensystem
von stabilisierenden Gelenken entwickelt, das in den Normen UIC523
und UIC524 beschrieben ist. Dieses Baukastensystem diente ursprünglich zur
allgemeinen Umrüstung
von Schienenfahrzeugen zum Schaffen einer einheitlichen europäischen Mittelpufferkupplung.
-
Wesentliches
Prinzip der dort normierten Stabilisierungsgelenke ist es, dass
Druckkräfte
in Längsrichtung
der Wagenkästen über ebene
bzw. nur gering gekrümmte
metallische Anlageflächen übertragen
werden, die eingangs als Berührkörper bzw.
Berührabschnitt
der Kupplungsstange bezeichnet sind. Die Berührpunkte der Anlageflächen verlagern
sich dabei durch Abwälzen
in Richtung einer Auslenkung der miteinander verbundenen Wagenkästen zueinander.
Eine solche exzentrische Lasteinleitung ist die Kuppelstangen bewirkt
ein Drehmoment, das dem destabilisierenden Effekt des Relativversatzes
entgegenwirkt.
-
Bei
solchen Stabilisierungsgelenken nach den beiden genannten Normen
wird es als nachteilig empfunden, dass konstruktiv bedingte Leerwege
bei der Umkehr von Zug- auf Druckbelastung in Längsrichtung der Wagenkästen auftreten.
Das daraus resultierende harte Aufschlagen der typischer Weise metallischen
Anlageflächen
beeinträchtigt
den Fahrkomfort in einer für
moderne Personenwagen nicht akzeptablen Weise.
-
Diese
Stabilisierungsgelenke zeigen einen recht bedeutsamen Materialverschleiß, was im
Stand der Technik als nachteilig angesehen wird.
-
Zu
erwähnen
ist neben den oben allgemein erläuterten,
den Normen entsprechenden Stabilisierungsgelenken eine besondere
Form, bei der durch elastische Zwischenlagen, die als Ringe oder
Schichten aus Elastomermaterial gebildet sein können, zwischen annähernd ebenen
Anlageflächen
eine Federwirkung erzielt werden kann. Die einen Fahrzeugkomfort
beeinträchtigenden
Leerwege werden auf diese Weise vermieden. Ein ohnehin vorhandenes Rückstellmoment
eines solchen unechten Gelenks wird durch die stark progressive
Charakteristik von Elastomerfedern bei hohen Druckkräften noch
verstärkt.
Die stabilisierende Wirkung solcher Gelenke kann bei den großen seitlichen
Auslenkungen der Kupplungen bei Bogendurchfahrten diejenige von Gelenken
nach den beiden oben angesprochenen Normen annähernd erreichen. Jedoch in
vertikaler Richtung reicht aufgrund der wesentlich geringeren Winkel
die Wirkung nicht immer aus, um Instabilitäten und ein Aufklettern der
Fahrzeuge zu verhindern.
-
Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte
Vorrichtung zur gelenkigen Anbindung einer Kupplungsstange an ein
Fahrzeug derart weiterzuentwickeln, dass sich bei Vermeidung der
Leerwege ein geringer Materialverschleiß ergibt.
-
Diese
Aufgabe wird bei dieser Vorrichtung dadurch gelöst, dass der Berührkörper entweder
in einem axialen Abstand zum Lagerbock beweglich angeordnet und
eine elastische Lagerung des Berührkörpers gegenüber dem
Lagerbock vorgesehen ist, wobei der Berührabschnitt an der Kupplungsstange
vorliegt, oder in einem axialen Abstand zur Kupplungsstange beweglich
angeordnet und eine elastische Lagerung des Berührkörpers gegenüber der Kupplungsstange vorgesehen
ist, wobei der Berührabschnitt
an dem Lagerbock vorliegt, wobei der axiale Abstand des Berührkörpers und
die Elastizität seiner
Lagerung so bemessen sind, dass er erst bei Auftreten vorbestimmter
Druckkräfte
auf die Kupplungsstange bzw. Winkelauslenkungen der Kupplungsstange
mit Anschlägen
des Lagerbocks bzw. der Kupplungsstange zur Anlage gelangt.
-
Dabei
ergibt sich die Vermeidung von Leerwegen durch die elastische Lagerung
des Berührkörpers. Des
Weiteren bewirkt die Anordnung des Berührkörpers in einem axialen Abstand
zu dem Lagerbock bzw. der Kupplungsstange, dass er bei „normalen" Fahrbedingungen
seine relative Lage in Bezug auf den Berührabschnitt beibehalten kann.
Dies hat zur Folge, dass während
eines normalen Fahrbetriebs ein Verschleiß der Kontaktflächen zwischen dem
Berührkörper und
dem Berührabschnitt
der Kupplungsstange bzw. des Lagerbocks ein Materialverschleiß wirksam
vermindert wird. Bei niedrigen Winkellagen der Kupplungsstange gegenüber ihrer Ausgangslage
werden auftretende Kräfte
ausschließlich
in die elastische Lagerung des Berührkörpers eingeleitet.
-
Der
axiale Abstand des Berührkörpers sowie die
Elastizität
seiner Lagerung sind so bemessen, dass der Berührkörper erst bei Auftreten vorbestimmter
Druckkräfte
auf die Kupplungsstange bzw. Winkelauslenkungen der Kupplungsstange
mit Anschlägen
des Lagerbockes bzw. der Kupplungsstange zur Anlage gelangt. Abhängig von
den beiden genannten Parametern, nämlich „Winkellage der Kupplungsstange" und „Druckkraft" kommt es zu einer
Anlage des Berührkörpers an
den Anschlägen,
so dass er einer weiteren Winkelauslenkung der Kupplungsstange nicht
mehr folgt, sondern dieser entgegenwirkt.
-
Die
elastische Lagerung des Berührkörpers gegenüber dem
Lagerbock bzw. der Kupplungsstange kann bevorzugt von einer Elastomerfeder
gebildet werden. Diese hat den Vorteil einer stark progressiven
Charakteristik bei hohen Druckkräften,
so dass sie eine stabilisierende Wirkung auf die Vorrichtung ausüben kann,
selbst wenn der Berührkörper mit
den Anschlägen
noch nicht zur Anlage gelangt ist.
-
Die
Anschläge
weisen bevorzugt einen größeren Abstand
von einer Lagerlängsachse
der Kupplungsstange auf als ein zwischen dem Berührkörper und dem Berührabschnitt
definierter Berührpunkt.
-
Bevorzugt
ist die Rückstellkraft
auf die Kupplungsstange dadurch ausübbar, dass sich ein effektives
Zentrum einer die Druckkräfte übertragenden Berührfläche von
einer Lagerlängsachse
der Kupplungsstange weg in Richtung einer Ausdrehbewegung der Kupplungsstange
verlagert. Mit zunehmender Winkelauslenkung der Kupplungsstange
wandert somit der Berührpunkt
bzw. das effektive Zentrum der die Druckkräfte übertragenden Berührfläche, bezogen
auf die Lagerlängsachse
der Kupplungsstange radial nach außen.
-
Es
ist darauf aufmerksam zu machen, dass der Berührkörper und die Berührfläche der
Kupplungsstange nicht notwendiger Weise unmittelbar zur Anlage aneinander
ausgebildet sein müssen.
Vielmehr ist es möglich,
dass etwaige elastische Elemente vorgesehen sind, die eine Übertragung
der Druckkräfte
zwischen den beiden genannten Komponenten bewirken. Die Vorrichtung
zur gelenkigen Anbindung der Kupplungsstange an das Fahrzeug kann außerdem zusätzliche
elastische Elemente zur reversiblen oder irreversiblen Energieaufnahme
aufweisen.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen noch näher erläutert, wobei
auf die nachfolgende Beschreibung Bezug genommen wird. Es zeigen
-
1 eine
Querschnittsansicht einer Vorrichtung zur gelenkigen Anbindung einer
Kupplungsstange an ein Schienenfahrzeug in einer Ausgangslage der
Kupplungsstange,
-
2 eine
Querschnittsansicht der Vorrichtung nach Figur 1, wobei die Kupplungsstange
eine Winkelauslenkung relativ zu einer Mittelachse der Vorrichtung
aufweist,
-
3 eine
Querschnittsansicht der Vorrichtung nach den 1 und 2,
wobei zusätzlich
zu der Winkelauslenkung von 2 eine Druckkraft
in Axialrichtung der Vorrichtung ausgeübt wird,
-
4 eine
Querschnittsansicht der Vorrichtung nach den 1 bis 3,
wobei gegenüber
der Darstellung von 4 eine nochmals erhöhte Druckkraft
ausgeübt
wird,
-
5 eine
Querschnittsansicht der Vorrichtung nach den 1 bis 4,
wobei die Druckkraft im Vergleich zur 4 nochmals
erhöht
ist und
-
6 eine
Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform einer Vorrichtung
zur gelenkigen Anbindung einer Kupplungsstange an ein Schienenfahrzeug
in einer Ausgangslage der Kupplungsstange, Wie aus der Ansicht von 1 hervorgeht,
ist eine Kupplungsstange 1 vorgesehen, deren Endabschnitt
durch eine zentrale Öffnung
eines Lagerbocks 2 reicht. Die Öffnung ist so bemessen, dass die
Kupplungsstange 1 Winkelauslenkungen gegenüber einer
Mittelachse des Lagerbocks 2 zeigen kann.
-
Ein
metallischer Berührkörper 3 ist
elastisch gegenüber
dem Lagerbock 2 gelagert, und zwar in einem solchen axialen
Abstand zu dem Lagerbock 2, dass die Kupplungsstange 1 bis
zu bestimmten Beaufschlagungen hinsichtlich einer Winkelauslenkung bzw.
Druckkräften
nicht mit dem Lagerbock 2 zur Anlage gelangt. Der Berührkörper 3 wirkt
auf seiner dem Lagerbock 2 abgewandten Seite mit einem
Berührabschnitt 4 der
Kupplungsstange 1 zusammen, so dass sich eine stabilisierende
Berührpaarung
ergibt, deren Geometrie derjenigen der in den Normen UIC523 und
UIC524 ähnelt.
Im Gegensatz dazu ist jedoch der Berührkörper 3 nicht winkelfest
mit dem Lagerbock 2 verbunden, sondern kann sich zusammen
mit dem Berührabschnitt 4 der
Kupplungsstange 2 um ein Grundgelenk drehen. Dieses Grundgelenk ist
im dargestellten Ausführungsbeispiel
als Federgelenk aus Elastomerfedern bzw. -ringen aufgebaut. Dies
bedeutet, dass zu beiden Seiten des Lagerbocks 2 jeweils
eine Elastomerfeder 6 vorgesehen ist.
-
Der
Lagerbock 2 und der Berührkörper 3 weisen
jeweils außen
gelegene, senkrecht zur Mittelachse des Lagebocks 2 verlaufende
Anschläge 5 auf,
die in der Ausgangslage der 1 einen
vorbestimmten Abstand weit auseinander liegen.
-
Bei
der Darstellung von 2 ist die Kupplungsstange 1 um
einen Winkel gegenüber
der Mittelachse des Lagerbocks 2 ausgelenkt, und zwar in
der zeichnerischen Darstellung nach unten, so dass die Anschläge 5 des
Lagerbocks 2 und des Berührkörpers 3 sich verglichen
mit 1 aufeinander zu bewegt haben, wobei jedoch nach
wie vor keine Anlage des Lagerbocks 2 an den Berührkörper 3 erfolgt.
Eine stabilisierende Wirkung der Vorrichtung ergibt sich in diesem
Betriebszustand ausschließlich
aufgrund der Elastomerfedern 6. Aufgrund der beweglichen
Lagerung des Berührkörpers 3 folgt
dieser in 2 der Winkelauslenkung der Kupplungsstange 1,
so dass seine relative Lage insbesondere zu dem Berührabschnitt 4 der
Kupplungsstange 1 im Vergleich zur 1 ungeändert bleibt.
-
In 3 erreicht
die Kupplungsstange 1 eine Lage, bei der die Anschläge 5 des
Lagerbocks 2 und des Berührkörpers 3 gerade zur
Anlage gelangen. Noch hat sich die relative Lage des Berührkörpers 3 in
Bezug auf dem Berührabschnitt 4 nicht
geändert. Vielmehr
hat sich die Einheit aus Berührkörper 3 und Kupplungsstange 1 aufgrund
der im Vergleich zur 2 erhöhten Druckkraft lediglich in
Richtung auf den Lagerbock 2 verschoben.
-
Wird
gegenüber
der Lage der Kupplungsstange 1 nach 3 die Druckkraft
weiter erhöht,
ergibt sich die in 4 dargestellte relative Lage
der Komponenten der hier in Rede stehenden Vorrichtung. Die Elastomerfeder 6 zwischen
dem Lagerbock 2 und dem Berührkörper 3 ist weiter
komprimiert, wobei der untere Teil stärker komprimiert ist als der
obere. Demgemäß liegen
die Anschläge 5 im
unteren Teil der 4 aneinander an, so dass ein
Drehmoment generiert wird, welches den in der 4 oberen
Teil des Berührkörpers 3 in
Richtung auf den oberen Teil des Lagerbocks 2 versetzt.
Dabei hebt sich der Berührkörper 3 im
oberen Teil der Figur von dem zugehörigen Berührabschnitt 4 der
Kupplungsstange 1 ab, wobei die Kupplungsstange 1 ihre
Winkellage, bezogen auf die 2 und 3,
beibehält.
Bei noch weiter erhöhter
Druckkraft ergibt sich die relative Lage der Komponenten nach 5.
In radialer Richtung versetzt liegt nunmehr der Berührkörper 3 sowohl
im oberen als auch im unteren Teil an dem Lagerbock 2 an
und ist mit ihm winkelfest. Die Elastomerfeder 6 zwischen
Lagerbock 2 und Berührkörper 3 ist
maximal komprimiert, wobei deren maximale Kompression sich durch
den verbleibenden axialen Abstand zwischen Lagerbock 2 und
Berührkörper 3 im
inneren Bereich ergibt.
-
Da
die Anschläge 5 im
unteren Teil der 5 einen größeren axialen Abstand von der
Mittelachse des Lagerbocks 2, die bei diesem Ausführungsbeispiel
mit der Lagerlängsachse
der Kupplungsstange zusammenfällt,
aufweisen als ein Berührpunkt 7 zwischen
dem Berührkörper 3 und
dem Berührabschnitt 4 der
Kupplungsstange 1, kann das Berührelement 3 zur Anlage
mit dem Lagerbock 2 auch im oberen Teil der Figur aufgrund
der ausgeübten
Druckkraft verkippt werden.
-
6 zeigt
eine alternative Ausführungsform
einer Vorrichtung zur gelenkigen Anbindung einer Kupplungsstange
an ein Schienenfahrzeug. Im Vergleich zur Ausführungsform nach den 1 bis 5 sind
sozusagen die Funktionen des Lagerbocks 2 und der Kupplungsstange 1 vertauscht.
Die in der 6 bezeichneten Komponenten der
Vorrichtung tragen dieselben Bezugszeichen wie die funktionell ähnlichen
Komponenten aus den 1 bis 5.
-
Bei
der Ausführungsform
der Vorrichtung nach 6 ist der Berührabschnitt 4 nun
am Lagerbock 2 definiert, und zwar in dem Bereich, bei
dem eine unmittelbare Berührung
zu dem Berührkörper 3 erfolgen
kann. Bei einer Winkelauslenkung der Kupplungsstange 1 ist
es bis zum Erreichen eines vorbestimmten Winkels möglich, dass
die relativen Lagen des Lagerbocks 2 und des Berührkörpers 3 ungeändert bleiben.
Erst bei höheren
Winkelauslenkungen, gegebebenfalls in Kombination mit ausgeübten Druckkräften in
Längsrichtung
der Kupplungsstange 1 entfalten die Anschläge 5 ihre
Wirkung, um eine Rückstellkraft
auf die Kupplungsstange 1 auszuüben.
-
Beide
anhand der Figuren erläuterten
Ausführungsformen
der Vorrichtung können
noch um weitere, zeichnerisch nicht dargestellte Komponenten erweitert
sein. Dazu gehören
zusätzliche
Elemente zur reversiblen oder irreversiblen Energieaufnahme. Auch
können
weitere elastische Elemente zur Druckkraftübertragung zwischen dem Berührkörper 3 und
dem Berührabschnitt 4 vorgesehen
sein.